元素特有的身份證
五光十色,用來形容百貨商店貨架上玲瓏滿目的商品,或用來描述節日之夜,裝飾城市的彩燈,都能讓人心領神會。化學上靠著五光十色,竟能發現新的元素,或探索已知元素的蹤跡,似乎令人費解。
原來元素天生的都各有一張身份證,上麵印有五光十色的線條,誰也不能偽造。憑著這一身份證,無論元素藏在那裏,或含量極其稀少,科學家們都能把它識別出來。
光,一般人常稱為光線,有眼的人和動物都能感受到它的存在,綠色植物也能對它做出相應的反應。在陽光普照下,人們習以為常,不以為奇,但光在物理學家們眼裏,長期對之感到普通而可見,神秘而莫測,特別是在1666年,物理學家牛頓,發現一束白光在三棱鏡片下,竟然成為一條彩色帶,其中紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫、就象雨後轉晴的天空,出現的彩虹那樣,從此物理學中,就興起了光譜學這一個分支。
不同的光源發出不同顏色的光,本是很平常的事,自從有光譜學,物理學家和化學家們,開始研究不同色光的光譜有什麼不同,由此發現,不同元素有不同的光譜,並明確提出觀測光譜,可以簡便地檢出某種元素,甚至可以將其它星球上的元素檢驗出來。
人類古代所使用和發現的元素,如碳、硫、金、銀、銅、汞、鉛、鐵、錫、銻等,有的是自然界天然就有的,有的用簡單加熱或用炭還原就能從礦石中得到,人類僅知道有這些元素(當然當時不會稱它們為元素)的狀況,一直維持到公元記年開始,接著由於暢行煉金和煉丹以及製藥等實驗活動,在一千多年時間裏,又相繼發現了一些元素,如鋅、砷、磷等。十八世紀初,歐洲興起了燃素說,促進了實驗化學的發展,相繼又發現了不少的元素,氫、氧、氮、氯、氟、錳等。但在這一世紀一百年的時間裏,發現的元素也隻有十八種。
以上這些元素的發現,都各有一段生動的故事,我將在別的篇幅中介紹,下麵接著再說十八世紀後期的事情。
到了十八世紀後期,拉瓦錫把當時已知的33種元素做了分類,分為氣體元素,非金屬、金屬等,但他在這一分類的體係中,把光也當成一種氣體元素,熱也被他當成一種氣體元素。而對發現了十多年之久的氯,因有些爭議,就被排除在氣體元素之外,錯誤的稱它為“鹽酸基”。畢竟這是元素分類工作的起點,對當時理解元素,是由於理論和技術水平所限,或是弄不清它們的本質,或是不能使它們再分解罷了,而他的基本觀點是正確的,這在當時,已是十分難能可貴。
十八世紀末期,意大利物理學家伏特在1792—1796年間,發明了銅片、鋅片在稀硫酸中組成的簡單電池,這種簡單的化學電源,被化學家們紛紛采用,做了許多電解的實驗。弄清楚了許多物質的組成,並發現和製出了多種金屬元素的單質。其中首推英國化學家戴維所取得的成果最大。