正文 焰火中的元素“指紋”(1 / 1)

“東風夜放花千樹,更吹落,星如雨。”——這是800多年時的著名愛國詩人辛棄疾,描繪當時元宵佳節在南宋京都臨安放焰火情境的名句。但科學家們對焰火,卻別具“慧眼”。19世紀有一位德國化學家本生,就這樣設想:既然絢麗變幻的焰火色彩,是各種金屬鹽類高溫燃燒的結果,那麼,反過來,根據“焰色”,不就能迅速、準確地測出物質成分來了嗎?為此,他發明了一種叫“本生燈”的煤氣燈,可以燒到2.300℃的高溫,火焰幾乎是白色的。本生隻要用白金鑷子夾一點樣品放到燈上燒一下,不同的“焰色”就表示樣品中含有什麼元素,鉀——紫色,鈉——黃色,銅——綠色,鈣——磚紅色,鍶——亮紅色……不過,本生並不是一帆風順的。碰到混合物怎麼辦呢?例如,鋰鹽和鈉鹽混在一起時,“焰色”就和鈉鹽單獨存在時相同,都是黃色。本生采用加“濾色片”的辦法,隔了一塊藍玻璃,果然隻看到鋰的紅“焰色”了。但更大的困難是,某些元素的“焰色”完全相同。例如,鋰鹽和鍶鹽在本生燈中,都產生亮紅色的火焰,這可把本生搞糊塗了。幸虧另一位德國物理學家基爾霍夫幫了本生的大忙。基爾霍夫從牛頓研究太陽光的辦法中得到啟示,采用一種“分光鏡”把“焰色”——火焰發出的“色光”,分解成一條條的“光譜線”。大量實驗證明,兩種元素的“焰色”可能是一個模樣,但它們“光譜線”的顏色、數量和位置卻絕不會完全相同,就像在世界上幾十億人口中,找不到兩個指紋完全相同的人一樣。例如,鋰的光譜是一條明亮的紅線和一條較暗的橙線;鍶的光譜則是一條明亮的藍線和幾條紅線、橙線和黃線——識別這兩種元素就很容易了。於是,“光譜線”就成了化學元素的彩色“指紋”。.把每種元素的“光譜線”畫在紙上,就成了元素的“指紋卡”。查對“指紋卡”,可以迅速地發現某種物質中含有什麼元素。這種方法叫作“發射光譜分析”,靈敏極了!例如,本生當年隻是用手指摸了一下白金絲,由於手指的汗液中含有氯化鈉,就“燒”出了“黃線”。可是指紋上的鈉的含量隻有3.0×10-6毫克,查起真是微乎其微啊!在地質勘探和冶金工業上,這種“指紋卡”的用處更大。例如,要測定一段鋼材中雜質——矽(Si)和錳(Mn)的含量,可以采用一種“析鋼攝譜儀”。儀器中用兩根金屬棒做電極,一根是待測樣品,另一根是已知成分的鐵,通電以後產生弧光,在分光鏡裏化驗員會看到鐵的“指紋”和雜質的“指紋”混在一起。如果要找矽(Si)的話,按照“指紋卡”的規定,可查對2條橘紅色譜線和周圍3條鐵(Fe)的譜線,首先將Si1線和3條Fe線逐個比較,如果說Si1線比Fe4線暗弱得多,矽的含量約為0.5%。若Si1線比Fe4線強但比Fe3線弱,那麼矽的古董約為1.0%。錳的“指紋”共8條譜線:3條為橙黃色,5條為明亮的藍色。測定錳含量的原理和測定矽相同。據說,美國有一家飛機工廠,製造飛機的合金成分是嚴格保密的。但後來有一群蘇聯參觀者,穿了一種特殊的鞋子,“帶”了一點車間裏切削下來的金屬屑子回去,很快就製造出了這種先進的大型軍事運輸機,這是元素“指紋卡”幫了大忙。

趣聞逸事

發明“本生燈”

1854年,漢堡市開設了一家瓦斯工廠,本生的實驗室裏也裝上了通瓦斯的設備。為了預備瓦斯燈,本生試驗了各種構造的燈,都不滿意。他便決定自己來設計。他設計了一個圓柱形燈座,燈座上麵的燈管可以旋入圓柱體中。圓柱體上有4個小孔,使內外空氣相通。燈管能夠在圓柱體內上下移動,用來調節通入的空氣量。這樣,當煤氣進入燈座內時,通過圓柱體上開口的圓孔,抽吸到足夠的空氣,煤氣和空氣事先就在燈座和燈管中充分地混合起來。這種經過混合的氣體在燈管口燃燒,火勢自然很猛。這種簡單而便利的燈,在今天的化學實驗室中也還常常用來吹製各種形狀的玻璃管。人們管它叫“本生燈”。