物質組成

鉈(Thallium)
高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

1861年英國化學家和物理學家克魯克斯(Crooks W.)在用光譜分析鑑定硫酸礦的殘渣時,發現兩條從來沒有見過的、帶有新綠色的譜線,他斷定殘渣中必定含胝一種新元素,並把它命名為”Thallium”該字源自拉丁文”Thallos”,意思是”剛發芽嫩枝”,即綠色。中文音譯為鉈,次年,克魯克斯用電解法製備出單質鉈。
鉈在地殼中的含量為千萬分之三,以低濃度分佈在長石、雲母和閃鋅礦中。

鈣(Calcium)
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

鈣也是地殼中分布很廣的元素之一。1808年,英國化學家戴維電解石灰與氧化汞的混合物,得到鈣汞合金,將合金中的汞蒸餾後,就獲得了銀白色的金屬鈣。

鈣的英文名稱為Calcium,源自於拉丁文中表示生石灰的字”Calx”。因為戴維首次以石灰中取得鈣,他為它命名時,在”Calx”字後加上通常用於金屬的字尾”-ium”,將新元素命名為”Calcium”,意思是”從石灰中得到的金屬”。中文翻譯為鈣,元素符號為Ca。

矽元素

矽(Silicon)元素
高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

矽在早期曾被戴維(Davy)誤認為化合物。18世紀70年代,化學家們用螢石與硫酸作用發現氫氟酸以後,便打開了人們認識矽石複雜組成的大門。尤其在電池發明以後,化學家們利用電池獲得了活潑的金屬鉀、鈉、初步找到了把矽從它的化合物中分離出來的途徑。1823年瑞典化學家Berzelius J. J.用金屬鉀還原四氟化矽或用金屬鉀與氟矽酸鉀共熱,首次製得較純的粉狀單質矽。

矽之物理性質

矽(Silicon)之物理性質
高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

矽有晶態和無定形兩種同素異形體。晶態矽又分為單晶矽和多晶矽,它們均具有金剛石晶格(diamond cubic crystal structure),晶體硬而脆,具有金屬光澤,能導電,但導電性不如金屬,且隨溫度升高而導電性增加,具有半導體性質。

氟元素的發現

氟元素的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

亞格利可拉 (Georgius Agricola, 1494~1555) 十六世紀時就會用氟石作為焊接劑,因為氟石有清潔金屬表面的功能。亞格利可拉是拉丁文,他的原名是喬格包耳 (Georg Bauer),他是德國的學者,有礦物學之父的美名。1670年,許萬哈德 (Schwanhard) 發現玻璃在酸中接觸氟石會被腐蝕,後來許多有名的化學家如席勒 (Carl Wilhelm Scheele)、戴維 (Humphry Davy)、給呂薩克 (Gay-Lussac)、拉瓦節 (Antoine Lavoisier)、泰納德 (Louis Thénard) 都曾研究過危險的氫氟酸 (HF)。因為氫氟酸只要用硫酸溶解氟石就可製得,真是致命的吸引力。

氧元素的發現

氧元素的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

英國化學家普里士利 (Joseph Priestley, 1733~1804) 也是個新教教士。1774 年八月,普里士利進行排水集氣法的實驗,收集三仙丹(氧化汞,HgO)加熱分解後產生的氣體。他發現物質在這種氣體中燃燒所產生的火焰,比在一般空氣中燃 燒時更為旺盛,小鼠在這種氣體中存活的時間也比在空氣中更長。因為普里士利相信燃素論 (phlogiston theory),他認為這種氣體比一般正常的空氣含有較少的「燃素」,所以物質在其中燃燒時才能釋出更多的燃素,使燃燒更劇烈。他將這種氣體取名為「去燃素的空氣」 (dephlogisted air)。普里士利其後因信仰問題在英國遭暴民追殺,而逃亡美國,今天美國化學學會頒發的最崇高榮譽就是普里士利獎。

氮元素的發現

氮元素的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

宇宙中氮的存量在所有元素中名列第六,在地球大氣中依體積估算,氮氣約佔78%,依重量估算,約佔75%。 十八世紀,化學家已經知道空氣中有兩種成分,一種可以支持燃燒與維生,另一種卻不行。西元1772年,蘇格蘭愛丁堡一位醫學生拉賽福 (Daniel Rutherford,1749~1819) 率先發表了發現及分離純氮的報告,他稱其為毒氣 (noxious gas)。

話說蘇格蘭的布萊克 (Joseph Black, 1728~1799 )以研究二氧化碳而聞名。當時科學家還未完全了解空氣的組成,布萊克就知道並非氣體都能使蠟燭燃燒。他將蠟燭放在密閉空氣罐中點燃,蠟燭熄滅時,罐中還有氣體,但是無法繼續支持燃燒。這倒不希奇,他驚訝的是當他用鹼性藥品把燃燒產生的二氧化碳完全吸收了之後,剩下來的「空氣」還是無法支持燃燒。 拉塞福正好是布萊克的學生(註一),拉塞福做的實驗是分別將蠟燭或磷置入密閉空氣罐中燃燒,直到燃盡;也用小鼠放在密閉空氣罐中,直到小鼠窒息而死。剩下的空氣通過鹼性溶液,將產生的二氧化碳完全吸收。

碳元素的發現

碳元素的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

人類發現炭灰 (soot) 的歷史已不可考,先人極早就會利用木炭 (wood charcoal) 生火,北京人距今約五十萬年,已有用火的跡象。焦炭 (charcoal) 的歷史應該和智人 (homo sapiens) 的文明一樣長。更貼切的說,我們是炭火之子,不懂用火的話,我們可能也度不過一萬多年前的全球大冰河時期。但是有記載的焦炭製造歷史應該是在羅馬時代,他們把木材堆成金字塔形,覆上黏土隔絕空氣後煅燒,就產生焦炭。 英文的碳字carbon,法文是charbon,都是源自拉丁文的carbonum,還有德文或其他文字也都是源於煤或焦炭的意思。但是煤炭的歷史大概也是從羅馬人開始,十三世紀的僧侶萊里耳 (Reinier of Liège) 曾記載用「黑土」鍛燒金屬,到十八世紀歐洲工業革命,瓦特發明蒸汽機後,煤 (coal) 才成為主要的燃料。煤製成的焦炭多用於金屬冶鍊,煉鋼廠以煤焦作燃料及還原劑,煤燃燒到800度以上的高溫,同時產生一氧化碳,可使鐵礦 (氧化鐵)還原成金屬鐵。1722年雷歐姆 (René A. F. de Réaumur, 1683-1757) 證明煉鋼是鐵中滲入了一些物質,後來才知道就是碳元素。

鈹元素的發現

鈹元素的發現
北一女中江慧玉老師/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

綠柱石 (Beryl) 的名字來自希臘文的 βερυλλος,是一種如海水般湛藍翠綠、晶瑩光耀的寶石,除了擁有一副漂亮誘人的外表,而且其中含有一種珍貴的金屬─鈹,鈹 (beryllium) 的名字正是源於綠柱石。綠柱石屬於鈹鋁環矽酸鹽 (beryllium aluminum cyclosilicate),化學式為Be3Al2(SiO3)6。純的beryl應該是無色的六邊形結晶,其顏色是來自於參雜的其他金屬,祖母綠或翡翠的顏色是含有三價的鉻離子。

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