Как открывались химические элементы и создавалась Периодическая система
Имена элементов — от названия минералов
Так, элемент цирконий Zr был назван по имени минерала циркона ZrSiO4, ортосиликата циркония. В русской химической литературе до начала XX в. элемент Zr называли цирконь и циркон.
Элемент бериллий Be получил свое имя от имени минерала берилла состава Be3Al2(Si6O18). Драгоценная разновидность берилла — изумруд известная всем, хотя имеют и видели его немногие. Имя элемента марганца Мn произошло от немецкого слова «манганерд» — марганцевая руда.
Элемент бор В назван по имени минерала буры, латинское название которого «боракс».
Элемент натрий Na получил свое имя от арабского слова «натрун», означающего соду, карбонат натрия Na2CO3, а вот элемент литий Li был назван с использованием греческого слова «литоc», что означает камень. От древних названий, встречающихся в природе веществ, происходят имена элементов калия K и кальция Са. Первое является производным от арабского названия поташа, карбоната калия К2СО3 — «аль-кали», а второе — от латинского названия извести, карбоната кальция СаСО3 — «калькс».
«Болонский фосфор»
В 1602 г. болонский сапожник и алхимик В. Касциароло нашел в горах около г. Болонья (Италия) очень тяжелый плотный камень серого цвета. Алхимик заподозрил в нем наличие золота. Чтобы выделить его, он прокалил камень вместе с углем и олифой. К удивлению Касциароло, охлажденный продукт реакции стал светиться в темноте красным светом. Алхимик дал найденному камню название «ляпис соларис» — солнечный камень. Известие о светящемся камне произвело сенсацию среди алхимиков. Камень стали называть «болонским самоцветом», «болонским фосфором».
Впоследствии выяснилось, что Касциароло нашел минерал барит, или сульфат бария, BaSO4. При взаимодействии BaSO4 с углем образуется сульфид бария BaS:
BaSO4 + 2C = BaS + 2CO2↑,
который обладает способностью светиться после того, как его подержат на солнце. Фосфоресценция присуща не самому сульфиду бария, а его смеси с сульфидами других металлов.
В 1774 г. шведский химик Шееле и его друг Юхан-Готлиб Ган (1745—1818), шведский химик и минералог, установили, что в найденном алхимиком камне содержится новый химический элемент, который они назвали баритом, что в переводе с греческого означает «тяжелый». Однако шведские химики открыли не новый элемент, а его оксид ВаО. В XIX в. название барит осталось за минералом, а новый элемент получил имя барий. Впервые барий в виде металла удалось получить только в 1808 г. английскому химику Дэви путем электролиза увлажненного гидроксида бария Ва(ОН)2.
Барий химически очень активен. Он легко самовоспламеняется на воздухе, окрашивая пламя в зеленый цвет, энергично взаимодействует с водой. Поэтому приходится его хранить под слоем безводного керосина.
Экасилиций или германий?
В письме Менделеева немецкому профессору химии Винклеру, открывшему новый элемент германий, содержались такие слова: «Вы отец открытия, Вам одному и принадлежит право дать имя своему детищу».
В Периодической системе элементов в IVA группе между кремнием Si и оловом Sn пустовала клетка неизвестного элемента, которому Менделеев дал временное название «экасилиций». Клеменс-Александр Винклер (1838—1904), анализируя редкий, недавно найденный в Саксонии минерал аргиродит, обнаружил в нем в 1886 г. присутствие нового элемента. Винклер выделил элемент в виде простого вещества и получил его соли. Он назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины. Это название вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Одни стали обвинять Винклера в национализме, другие — в присвоении приоритета, принадлежавшего Менделееву, предсказавшему существование этого элемента. Вот тогда растерявшийся Винклер и обратился за советом к Менделееву. Менделеев решительно поддержал Винклера.
Позднее был установлен состав минерала аргиродита. Это оказался двойной сульфид серебра и германия 4Ag2S∙GeS2.
Для получения германия Винклер сначала прокаливал минерал на воздухе; при этом сульфиды превращались в оксиды серебра и германия Ag2O и GeO2. Затем смесь оксидов он обрабатывал водным раствором аммиака NH3, который переводил в раствор только оксид дисеребра в виде гидроксида диамминсеребра:
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH.
Остаток (а это был диоксид германия) Винклер отфильтровывал и нагревал в атмосфере водорода:
GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O.
Самое неудачное название
Это азот — элемент № 7 (символ N). Название дал элементу французский химик Лавуазье, произведя его от греческих слов «альфа» — отрицание и «зоэ» — жизнь: «а-зоос» означает «безжизненный», «непригодный для дыхания». Лавуазье было известно, что слово «азот» употребляли еще алхимики, вкладывая в это слово совсем другой смысл, отвечающий больше «жизненной силе», исцеляющей больных и делающей некрасивых красивыми. В библейской мифологии также применялось слово «азот», означающее начало и конец всего сущего, суть жизни, первое и последнее деяние. Таким образом, получалось, что азот в одно и то же время элемент «безжизненный» и «исцеляющий», «жизнь утверждающий» и «жизнь отрицающий». Неудачное название элемента привело к попыткам дать ему другое название. Так появилось второе имя у азота — «нитрогениум» и «нитроген», означающее «рождающий селитру», нитрат калия KNO3.
Разные названия элемента вызвали появление и разных названий его соединений: азотная кислота НNО3 — производное от слова «азoт, а название ее солей — «нитраты» - образовалось от слова «нитроген».
Петух и Франция
Галлий открыл в 1875 г. французский химик, член Парижской академии наук Поль-Эмиль Лекокк де Буабодран (1838—1912) И, как полагают, дал ему имя в честь своей родины Франции. Латинское название Франции — «Галлия». Но в названии элемента есть намёк и на имя самого де Буабодрана. Латинское слово «галлуc» означает петух, а по-французски петух - «ле кок» — название, идентичное имени первооткрывателя. Что имел в виду де Буабодран, когда давал название элементу: себя или свою страну? Этого, видимо, уже никогда не выяснить.
Одной из особенностей металла галлия является его необычно низкая температура плавления — около 30° С. Кусочек галлия превращается в жидкость уже в человеческой ладони. Он остается в жидком состоянии в очень большом интервале температур: кипит галлий при 2200° С.
Путаник висмут
Знаете ли вы, что происхождение названия элемента № 83 висмута Bi трактуют по-разному?
Одни считают, что слово «висмут» древнегерманского происхождения. Немецкое слово «висмут» означает «белый металл». Другие утверждают, что название элемента произошло от двух немецких слов: «вайзе» — луг и «мутен» — рудник, поскольку в немецкой Саксонии висмут издавна добывали в рудниках, расположенных на лугах округа Шнееберг.
Есть еще одна версия: название элемента происходит от арабского слова «би исмид», что означает «обладатель свойств сурьмы». Висмут во многом напоминает сурьму, свой аналог по VA группе Периодической системы. Вплоть до XVIII в. висмут путали не только с сурьмой, но и со свинцом и оловом. Только в первой половине XVIII в. два химика: швед Бергман и немец Иоганн-Генрих Потт (1692—1777) — охарактеризовали висмут как простое вещество, отличающееся по своим свойствам от сурьмы, олова и свинца. В России висмут долгое время называли то «нимфой», то «глаурой», то «демогоргоном», то «стекловидным оловом».
Висмут — последний по порядку в Периодической системе химический элемент, не обладающий естественной радиоактивностью, и самый диамагнитный металл, с одинаковой силой отталкивающийся от обоих полюсов постоянного магнита.
Епископ и мышьяк
Мы не знаем имена первооткрывателей углерода и серы, семи металлов древности.
Рукописи и церковные книги донесли до нас имя человека, впервые получившего в 1250 г. химический элемент мышьяк As в виде простого вещества. Считают, что им был немецкий монах, философ Альберт фон Больштедт (1193—1280), прозванный Альбертом Великим, «универсальным доктором», который был убежденным алхимиком. Папа римский сделал его епископом, но уже через два года фон Больштедт отказался от этого сана ради занятий алхимией. До нашего времени дошло только одно из его сочинений — «Малая книга об алхимии». Больштедт получил мышьяк из природных его сульфидов: аурипигмента As2S3 и реальгара As4S4.
Мышьяк был известен в глубокой древности. Предполагают, что еще до фон Больштедта арабские алхимики получали мышьяк нагреванием его оксида с углем:
2As2O3 + 3C = 4As + 3CO2↑.
Однако письменных источников, упоминающих об этом, не сохранилось.
«Антимониум» — противомонашеский металл
Речь идет о серебристо-белом металле, легко истирающемся в порошок и называемом сурьмой Sb. Черный сульфид сурьмы Sb2S3, или «сурьмяный блеск», был известен в глубокой древности. Археологи установили, что уже в Вавилоне за 3000 лет до н. э. из сурьмы делали сосуды. В 1604 г. монах-алхимик Василий Валентин первый описал в своей книге «Триумфальная колесница антимония» получение сурьмы из ее соединений. Он вначале обжигал сульфид сурьмы и собирал летучий триоксид:
2Sb2S3 + 9О2 = 2Sb2O3 + 6SO2,
затем триоксид дисурьмы Sb2O3 смешивал с древесным углем и прокаливал:
2Sb2O3 + 3C = 4Sb + 3CO2.
Василий Валентин применял соединения сурьмы «для очистки человеческого организма от вредоносных начал». Действие своих «лекарств» он испытывал на монахах бенедиктинского ордена, и некоторые монахи, приняв снадобье Валентина, умирали в муках. Отсюда пошло и другое название сурьмы — «антимониум», что означало «противомонашеский». В частности, в качестве рвотного средства Валентин применял вино, выдержанное некоторое время в чашах из сурьмы. Из сурьмы он готовил «вечные пилюли», которые после прохождения пищевого тракта монахов снова использовались для «врачевания».
Считают, что под псевдонимом «Василий Валентин» скрываются разные лица. В списках монахов ордена бенедиктинцев брат Василий Валентин никогда не числился.
Сурьма и косметика
Русское название элемента № 51 сурьма (символ Sb) берет свое начало от турецкого слова «сюрме», что переводится как «натирание», «чернение бровей». Вплоть до XIX в. в России бытовало выражение «насурьмить брови», хотя «сурьмили» их далеко не всегда соединениями сурьмы. Только одно из соединений сурьмы — черный сульфид сурьмы Sb2S3 — применялось как краска для бровей и ресниц. Интересно, что в средневековых книгах сурьму обозначали фигурой волка с открытой пастью. Вероятно, такой «хищный» символ дали элементу за то, что сурьма при плавлении растворяет («пожирает») многие металлы, образуя с ними сплавы.
«Светоносец»
«Его огромная пасть... светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте. Фосфор — сказал я».
(А. Конан-Дойл. «Собака Баскервилей»)
В 1669 г. солдат-алхимик Хённиг Бранд (1630—1710) в поисках «философского камня» занялся упариванием человеческой мочи. Он собрал около тонны мочи из солдатских казарм и упаривал ее до тех пор, пока не получил небольшое количество тяжелой и красной жидкости. Эту жидкость Бранд нагревал до полного превращения ее в твердый остаток. Затем он смешал остаток с углем и стал прокаливать. Вскоре Бранд заметил появление в сосуде белой пыли, которая ярко светилась в темноте. Так впервые было получено новое простое вещество — белый фосфор Р4.
Название «фосфор» в переводе с греческого означает «светоносец». Моча содержит ортофосфат натрия Na3PO4, карбамид (NH2)2CO и мочевую кислоту H4N4C5O3. Последние два вещества при прокаливании разлагаются на углерод, его диоксид и воду, аммиак NH3 и азот. Углерод восстанавливает ортофосфат натрия до парообразного фосфора Р2:
4Na3PO4 + 10C = 2P2 + 6Na2O + 10CO↑.
При конденсации пара фосфора образуется белый фосфор, медленное окисление которого на воздухе вызывает зеленоватое свечение, связанное с выделением световой энергии.
До 1737 г. получение белого фосфора оставалось секретом алхимиков, которые считали, что ими открыт «философский камень». Они пытались при помощи фосфора превращать металлы в золото, но только наблюдали вспышки и взрывы этого вещества, получали ожоги и другие травмы. Фосфор не открывал своих секретов. Только работы Либиха вскрыли тайну фосфора. Его кислородные соединения — фосфаты — стали незаменимыми для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, фосфор оказался элементом жизни человека.
Элемент богини весны и красоты
«Я был настоящим ослом, что проглядел новый элемент в руде, и прав был Берцелиус, когда смеялся над тем, как неудачно и слабо, без упорства, стучался я во дворец богини Ванадис».
(Из письма немецкого химика Вёлера, 1831 г.)
В начале 1830 г. Вёлер подверг анализу неизвестный по составу минерал, привезенный ему из Мексики. Он обнаружил в минерале присутствие нового химического элемента. Из-за болезни Вёлеру пришлось прервать исследование минерала. Образец минерала и результаты неоконченного анализа он направил своему другу шведскому химику Берцелиусу, отметив признаки нового элемента вопросительным знаком.
В конце 1830 г. профессор Горного института в Стокгольме Нильс-Габриэль Сефстрём (1787—1845) открыл в шлаке, полученном при выплавке чугуна из железной руды, новый химический элемент, названный ванадием по имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. Элементу присвоили символ V.
Когда Берцелиус провел полный анализ присланного ему Вёле-ром минерала, то оказалось, что неизвестный элемент, отмеченный вопросительным, знаком, является ванадием. Опубликованное Сефстрёмом описание свойств ванадия совпало со свойствами неизвестного элемента, записанными в лабораторный журнал Вёлером. Берцелиус так сообщил об этом Вёлеру: «Однажды, когда Ванадис отдыхала, кто-то постучался к ней в дверь. Усталая богиня решила подождать, не повторится ли стук снова, но повторения не было. Любопытство взяло верх, и богиня, подбежав к окну, увидела Фридриха Вёлера, удаляющегося в раздумье от ее двери. Через некоторое время ее снова побеспокоил стук в дверь, который настойчиво повторялся, пока она, наконец, не отворила дверь. На пороге стоял Нильс Сефстрём. Они полюбили друг друга, и у них вскоре появился сын, которого они назвали Ванадием».
В действительности ванадий был открыт еще раньше, в 1801 г. мексиканским химиком-минералогом Андреасом-Мануэлем дель Рио (1764—1849) в том же минерале, который анализировал Вёлер. Рио даже получил оксиды и соли неизвестного ему химического элемента, названного им эритронием, что в переводе с греческого означает красный. Соли эритрония становились красными при нагревании и действии кислот. Однако дель Рио усомнился в правильности своих анализов и сделал вывод, что эритроний не новый химический элемент, а оксид хрома. В1831 г. Вёлер доказал, что эритроний и ванадий — один и тот же химический элемент. Тем не менее приоритет открытия ванадия остался за Сефстрёмом. Минерал же, присланный Вёлеру и впервые проанализированный дель Рио, был назван ванадинитом. Его состав Рb5(VО4)3Сl. Это хлорид-ортованадат пентасвинца.
Металлический ванадий удалось получить только в 1869 г. английскому химику, президенту Лондонского химического общества Генри Энфилду Роско (1833—1915) при действии водорода на нагретый трихлорид ванадия VC13:
2VC13 + 3Н2 = 2V + 6НС1.
В чистом виде ванадий — ковкий металл, в полтора раза легче железа, плавящийся при 1900° С.
Загадочный медикамент
Немецкий врач Ролов однажды ревизовал аптеки г. Хильдесхаймера и в одной из них обнаружил оксид цинка ZnO не белого цвета, а бледно-коричневого. Заподозрив, что препарат содержит мышьяк As, Ролов провел его анализ. Он превратил оксид цинка в хлорид действием хлороводородной кислоты НCl:
ZnO + 2НС1 = ZnCl2 + Н2О,
а затем через полученный раствор хлорида цинка ZnCl2 пропустил сероводород H2S:
ZnCl2 + H2S = ZnS + 2HC1.
Ролов увидел образование не белого сульфида цинка ZnS, а осадка бледно-желтого цвета. Желтый цвет характерен для сульфида мышьяка As2S3. Продажа оксида цинка была запрещена. Владелец фабрики, выпускавшей этот препарат, опротестовал решение Ролова и направил образцы продукции генеральному инспектору аптек провинции Ганновер профессору химии Фридриху Штромейеру (1776—1835). Проведя в 1817 г. полный анализ оксида цинка, Штромейер обнаружил в нем новый элемент, который назвал кадмием (символ Cd).
Слово «кадмий» по одной из легенд происходит от имени финикийца Кадма, который будто бы первым нашел цинковую руду и обнаружил ее способность придавать меди при ее плавке золотистый цвет. Напомним, что сплав меди с цинком — латунь — имеет такой цвет. По другой легенде герой древнегреческой мифологии Кадм победил Дракона и в его владениях построил крепость Кадмею, вокруг которой затем вырос семивратный город Фивы.
Ролов был близок к открытию нового элемента. Желтая нацветка сульфида цинка, выделенного им, была вызвана не присутствием сульфида мышьяка, как он думал, а примесью сульфида нового химического элемента кадмия CdS, имеющего также желтый цвет. Коричневый же оттенок оксида цинка всегда появляется при загрязнении этого вещества примесью оксида кадмия CdO. Ролов пытался оспаривать приоритет Штромейера в открытии кадмия, но его претензии были отвергнуты химиками того времени.
Какому элементу не было места в периодической системе?
Это элемент аргон Аr, самый распространенный на Земле элемент из группы благородных (инертных) газов. В земной атмосфере содержание аргона достигает 1,3%.
Присутствие неизвестного газа в воздухе первым установил английский химик Кавендиш. Он удалил химическим способом из сосуда с воздухом весь азот и весь кислород, а оставшийся газ не мог связать никаким химическим элементом. Что это был за газ, Кавендишу выяснить не удалось.
В 1892 г. директор Кавендишской лаборатории в Кембридже, физик Джон-Уильям Стратт, лорд Рэлей (1842—1919) снова обнаружил присутствие неизвестного газа в азоте воздуха: азот воздуха был тяжелее, чем азот, выделенный из его соединений. Английский химик Рамзай, ознакомившись с сообщением Рэлея, удалил из воздуха кислород многократным пропусканием его над раскаленной медью:
2Cu + O2 = 2CuO.
Оставшийся азот Рамзай заставил проходить много раз над нагретой магниевой стружкой:
3Mg + N2 = Mg3N2.
Так как азот взаимодействует с магнием Mg с образованием нитрида Mg3N2, то после этой реакции не должно оставаться во взятом объеме воздуха никакого газа. Тем не менее у Рамзая из 100 л атмосферного азота остался 921 мл неизвестного газа, более инертного, чем азот. В 1894 г. Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением об открытии ими в воздухе нового газа, нового химического элемента. Элементу дали имя аргон, которое в переводе с греческого означает бездеятельный, ленивый.
Секрет Рэлея и Рамзая
Американский миллионер Годкинс оставил завещание, согласно которому за наиболее важные открытия, связанные с исследованиями атмосферы, был установлен приз в размере 10000 долларов. В завещании было сказано, чтобы предварительные публикации исключались, а рукопись об открытии в единственном экземпляре должна была быть представлена призовому комитету,
Поэтому Рэлей и Рамзай старались точно установить природу аргона. Они боялись, что этот газ — не новый элемент, а одна из модификаций азота.
Самый редкий и самый тяжёлый радиоактивный газ
Этот газ — радон Rn, входящий в VIIIA группу благородных газов (инертных) Периодической системы химических элементов. Радон — бесцветный газ, один литр которого имеет массу 10 г. При -62°С и атмосферном давлении он превращается в бесцветную жидкость, флуоресцирующую ярким голубым или фиолетовым светом. Около -710 С радон становится твердым непрозрачным веществом, излучающим голубое сияние. Радон — ядовитый газ, вдобавок он опасен своей радиоактивностью. Впервые открыл этот элемент английский физик Э. Резерфорд в 1900 г., назвавший его эманацией (производное от латинского слова «истечение»). В ходе одного из опытов Резерфорд отобрал из пробирки, где был бромид радия RaBr2, часть воздуха и исследовал его. Результат оказался неожиданным: воздух испускал α-частицы. В воздухе содержалась примесь газа радона, образовавшегося при радиоактивном распаде радия Ra. Было найдено, что в запаянной ампуле с радием образуется 0,65 мм3 радона на 1 г радия, а дальше его количество не растет. Образование радона приходит в равновесие с радиоактивным распадом радия.
Название «радон» дал газу английский физик Дорн в 1900 г. Слово «радон» является производным от слова «радий». Радон образуется при радиоактивном распаде не только радия, но и урана U, тория Th, актиния Ас и других радиоактивных элементов. Поэтому раньше называли радон тороном, актиноном и нитоном.
Радон в небольших концентрациях содержится во всех минеральных водах. Некоторые из них называют радоновыми.
Солнечный элемент
Какой химический элемент был сначала открыт на Солнце и лишь затем на Земле?
Этим элементом был гелий Не, редкий и рассеянный газ, химически наиболее инертное вещество, газ, второй по легкости после водорода, наилучший среди газов проводник электричества.
В 1868 г. французский астроном Жюль Жансен и английский астроном Норман Локьер наблюдали солнечное затмение: Жан-сен — в Индии, а Локьер — в Англии. Используя спектроскоп, они одновременно обнаружили в спектре солнечной короны яркую желтую линию, положение которой не совпадало с положением желтой линии в спектре натрия. Жансен и Локьер поняли, что эта линия принадлежит новому элементу. Их письма об открытии были зачитаны одно за другим на заседании Парижской академии наук. Локьер предложил назвать новый элемент гелием. Гелиос по-гречески означает Солнце.
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
