第 4 节
作者:
冷如冰 更新:2021-02-20 18:46 字数:5210
会由于疏忽大意或预见不周而被迫停止已经开始的工作;这不要紧,但是必
须给自己定下这样一条坚定的信念:没有完成的工作一定要重做,不能半途
而废,因为尽管这一次遇到了困难,但最后的成功就孕育在其中;这次放弃
了,以后要想再完成这项工作就会更困难了。
依照贝采里乌斯的见解,在研究物质时必须既善于利用定量分析,又善
于利用定性分析。在这点上他认为:“青年化学家作定性分析时往往会比较
顺利,但由于缺乏实验操作的经验与多方面的知识,在作定量分析时就很容
易出错;同时,一些博得了响亮的头衔称号的有名化学家又会常常在定性研
究上出错,这大概是因为他们过于信赖物质的某些外部特征,或者是由于他
们感到已经功成名就而失去了深入研究的兴趣。因此,我劝告每一位从事化
学工作的人,既要精于定性分析,也要善于定量分析,深入到化学研究的细
枝末节中去;这样不仅能使研究工作精进,而且往往能使自己体会到成功带
来的难以名状的愉快心情。”
贝采里乌斯认为,在物质分析中被分析物质用量应尽可能少。他指出,
靠少量的物质往往会达到最高的精确度;因为被分析物质的重量越大,则所
用物料的体积,粗滤、洗涤、蒸发所需要的时间也随之增加,这样往往会影
响实验数据的准确度。
1827年,贝采里乌斯出版了《无机物分解教程》一书。在这本书中,贝
采里乌斯根据自己的研究论述了固体、气体的分析方法,并深入研究了盐的
组成的测定方法。
正是由于贝采里乌斯的研究,在分析化学方面就开始制定了一些合理而
精确的新解析方法与精确的称量方法。比如,他在分析碱金属硅酸盐时采用
了氢氟酸,应用了各种金属的氯化物来使它们分离;制定了通过与硫酸氢钾
的熔合来对氧化物进行分析的方法;找到了使铂族金属离析的方法,等等。
贝采里乌斯对分析化学作出的最巨大的贡献之一,就是他把硫、硒、砷
等这样一些在与氧相互结合时变成了酸的物质,与在同样反应中变成了碱的
物质,如铜、铁、钾等区分了出来。他的方法是这样的:把合金或矿石的粉
末放在玻璃管里,让干氯通过玻璃管,同时用酒精灯加热玻璃管中的粉末。
这样,形成酸的物质就将挥发,顺着玻璃管向前移动,被管口盛水的玻璃瓶
所吸收;而形成碱的物质则留在了玻璃管里。
贝采里乌斯对分析化学的巨大贡献,还在于他培养了许多成为分析化学
专家的学生:魏列尔、阿尔维森、罗兹、奔塞尔多夫、格梅林、诺登斯科特。
他们分散在欧洲各地,为分析化学的研究都作出了很大的贡献。
1827年,贝采里乌斯收到学生从俄国寄来的大量铂矿石后,进行了仔细
的分析研究;不久,他发现了铂的几种伴生物:铑、钯、锇和铱。他把这些
新元素彼此分开,测定了它们的原子量并得到了它们的氧化物。因此,铂族
金属研究专家、俄国的克劳斯后来评论道:“我们在这个问题上至今为止,
已知的一切都应归功于不朽的贝采里乌斯,他的方法想得如此的巧妙,而他
运用的实验技巧又是那样的令人惊叹。”
无论在贝采里乌斯之前或之后,都没有哪一个化学家完成了如他那样大
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量的、广度和精确度都令人赞叹不已的分析化学研究。除去对分析化学的具
体贡献之外,贝采里乌斯还以自己出色的工作方法,给各国的分析化学家们
产生了巨大影响。
贝采里乌斯在无机化学研究方面也取得了很大的成就。
19世纪前期,新化学元素发现得特别多,这是拉瓦锡关于元素的学说对
这一时期化学家影响的结果。这位法国化学家关于碱、碱土、硅土和矾土的
见解尤著成效。他认为:“可以期待这些土不久就不再列入单质之列;它们
是整个的一类没有与氧化合的趋向的物质中唯一的几种,我十分倾向于认为
这些对氧冷淡的物质,是因为它们已经饱含了氧。按这种观点来研究的这些
曾经可能显出是单质的土,可能是金属氧化物,也可能是已经氧化到一定程
度的单质。”
1807年,戴维用电解的办法得到了金属钠和金属钾,完全证实了拉瓦锡
的见解。随后,贝采里乌斯重复了戴维的实验,并遵循着矾土和硅石的复合
性观点,试图得出金属硅和金属铝。他在自己的日记中写道:“自从戴维证
明了碱和碱土确实是金属氧化物后,我们就断定矾土、锆土、铍土、钇土也
都是氧化物,尽管据我所知还没有人幸运地从这些物质里分出氧来。但没有
哪个化学家怀疑这一论断的正确性,因为大家都见到了这些氧化物与锌、锰、
铈等金属的氧化物之间的相似。”
由于用电解法没有能得出游离硅,贝采里乌斯就尝试用磨碎的炭加铁使
硅石还原的办法来析出硅。结果因为化合形成了硅铁还是没得到游离硅。直
到1822年,贝采里乌斯利用钾使氟酸钾还原的办法才第一次得到了游离状态
下的硅,其反应如下:
KSiF+4K=6KF+Si
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还有三种元素的发现应归功于贝采里乌斯,它们是——铈、硒、钍。
1803年,24岁的贝采里乌斯与赫新格尔一起在一颗重晶石里发现了铈,
并随之测定了它的大量化合物和它的原子量。贝采里乌斯指出,铈和钇 (钇
是由芬兰化学家加多林于1794年发现的)的性质极为近似,但铈不同于钇的
是它有两种含氧量不同的氧化物;也就是说,铈有二级氧化的特征。
这位瑞典化学家通过对铈和钇的研究,给稀土元素的两种离析法——分
步结晶法和分级沉淀法奠定了基础。他最早使用钇“土”和铈“土”的硫酸
复盐加钾来离析这些“土”。在以后的很长一段时间里,把稀土族元素分成
铈、钇和铽三类的方法,就是建立在稀土元素和钾的硫酸复盐在硫酸钾的过
量饱和溶液中的不同溶解度之上的。
作为一位出色的矿物学家,贝采里乌斯先后发现并研究了十几种含有稀
土元素的矿物。其中好几种是当代提取稀土金属纯化合物的最珍贵的天然矿
物。
1817年,贝采里乌斯在硫酸的工业废料里发现了一种新的化学元素——
硒。1818年,他发表关于硒元素的取得、性质和化合物的报告。
1828年,贝采里乌斯在挪威布雷维克附近找到的一种矿物里,发现了一
种不知名的金属氧化物,他将这种氧化物命名为氧化钍。他详细地研究了氧
化钍的化学、物理性质,并在1829年通过用金属钾使四氯化钍还原的办法得
到了氧化钍中所含的金属钍的单质。
借助金属钾,贝采里乌斯除了得到钍和硅,还最先得到了锆和钽两种元
素,在他之前它们是以化合物形式被发现的。锆土是克拉普罗特于1789年发
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现的。贝采里乌斯通过详细研究后,发现它是多种盐的化合物。他是利用锆
氟酸钾与金属钾一起加热的办法得到了黑色粉末状的金属锆 (成份不纯)。
钽酸是在1802年发现的。在1816年,贝采里乌斯开始对亚钽酸盐进行
了大量的研究,同时制定了亚钽酸盐的分析方法,研究了钽、钽酸以及它们
的化合物性质。通过用金属钾还原钽酸盐的方法,他得到了钽(成份不纯)。
贝采里乌斯很重视对硫化物的研究。1811年,他确定硫元素在对金属的
关系上与氧很相似,所以硫化物相当于金属氧化物。他还研究确定了硫与氧
一样可以——通过不同的比例与金属化合。同时他还指出,正如同碱基酸性
氧化物彼此间化合而形成盐一样,硫化物也在彼此间含硫酸盐。1820年,他
论述了多种硫化物的获得方法。
在19世纪20年代,贝采里乌斯特别注重于对盐的性质的研究,他认为
电化现象对测定盐的性质的研究具有极重要的作用。在1825年,他说过这样
一段话:“我们叫做盐的那种东西必须按照一定的电化合定律来测定,并且
完全不依赖存在于化合物中的元素数量。所以我们说,氯与钠的化合物是盐,
因为这两种物质能相互而且完全地消除它们的电化性质。”
贝采里乌斯对盐的分类是很有意思的。他把盐分成两类——由卤素与正
电金属化合而形成的和在碱与酸反应时形成的;贝采里乌斯把前一类盐称为
卤化物,把第二类称为两性盐,包括含碳盐、含硫酸盐、硒盐、碲盐等等。
贝采里乌斯还进行了大量关于氢氟酸的研究。在他之前,泰纳德和盖·吕
萨克都研究过氢氟酸,他们得到了纯氢氟酸并制取了它的许多化合物,但他
们没能把研究坚持下去。第一次获得许多重要的氟化金属的任务,是贝采里
乌斯完成的。接着,他又研究了氢氟酸与某些氟化物如四氯化硅、氟化硼、
氟化钛等化合物,贝采里乌斯最早测定了硅氟酸以及它的许多化合物的正确
组成成分。他还研究了水对四氯化硅的作用;水分解氟化硼的反应;同时还
发现了氯化硼。
另外,贝采里乌斯也注意了对贵金属的研究。在1811年时,他就得到了
氯化金;并从中获得了一氧化二金;1813年,他又获得了氯化铂和氢氧化铂。
从1813年开始,贝采里乌斯开始了矿物学研究,他提出了一个化学矿物
系统,并按照这一系统整理了自己的收藏品。他想要证明矿物也是服从各种
化合量定律的、是可以根据矿物的化学成份来对它们进行系统化与分类的。
他认为:“矿物学尽管也被看成是一门专门的科学,但它终究是一种关于组
成我们的地球的无机化合物的学说,并且只是化学的一部分,它完全是建立
在化学的概念之上的。我早就试图证明,化学概念的每一种科学分类都必须
建立在那些作为任何化合物的基础的电化学化合比上。在我看来,矿物乃是
这样一些物体,研究它们时必须考察到它们的组成,而且任何矿物学系统都
必须建立在这上面。
建立科学的矿物学系统,就需要有坚实的理论基础。用贝采里乌斯的话
来说:“只要看一看矿物学,就能够在那里面发现元素相互关系的一些定律,
就能够在大量的类土矿物中看出硅石是酸,而其他土是碱;在这里,与我们
在实验室中的实验一样,酸和碱也服从同一些化合定律。这样一来,就在矿
物学中产生了一个化学体系,这个体系和化学一样建立在同一基础上,这个
基础不会导致错误的认识。从这时起,矿物学使人产生了新的兴趣;如果说
从前它是无机界的未经精确测定的产物纪录,那它现在已经上升到真正科学
的水平了。”
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1814年,贝采里乌斯出版了《试论化学矿物学》一书。随后,这部书被
译成了英、法、德、拉丁等多种语言。按照贝采里乌斯的化学分类,一切物
质都可以按照它们的电化合量来加以划分。在这本书中,他按正电组来排列
矿物。以后他又制定了一个矿物分类方案,在这个方案中,矿物是按照它们
的负电元素来排列的。
贝采里乌斯对于矿物学的研究,给矿物的系统和分类工作以巨大的推动
作用。他把当时精确的化学定律和电化学观念应用到矿物学中,就使得不仅
有可能按照比重、颜色、硬度、形状等种种特征来论述矿物,而且也可能按
照化学物质的组成来论述它们。这样做就很容易分清矿物的类和族。
限于当时的研究水平以及条件,贝采里乌斯对于矿物的分类系统自然会
有相当的缺陷。例如电化学理论存在着相当的缺陷,以后曾被不断地修改,
因此在很大程度上依靠它而建立的矿物学分类法,就很难说符合现代的科学
理论了。但在当时,在贝采里乌斯的时代,他的这种分类法无疑是有巨大进
步意义和作用的。
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