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第25章 碱金属这一名称的由来

几乎所有的金属都有相对应的氢氧化物,金属的氢氧化物,在化学上,它们有一个共同的名称——碱,它是无机化合物中一个重要的物种,叫做碱类。

在古代,人们曾一度把所有碱性的物质都叫做碱。我国远古时代的人们在生活和生产实践中,早就认识了一些有碱性的物质并使用它们来进行一些特殊的反应了,如给陶瓷制品上釉。在陶瓷配料中多用生石灰,跟瓷土调成浆后,实为氧化钙的生石灰会跟水反应生成氢氧化钙,干后烧成时,氢氧化钙在高温下分解为氧化钙的同时,就跟瓷土中的二氧化硅反应生成熔点较低的硅酸钙,它冷后便形成光滑不透水的釉。这就是利用氧化钙这一种碱性氧化物的碱性,跟二氧化硅这一酸性氧化物的酸性,从而能够化合生成盐(硅酸钙)的关系来造釉的,只是他们在做时,头脑里还没有酸和碱的概念。

我国的古代人虽然用碱很早,而认识碱较晚。大概在东汉末代,约为公元200年的时候,在一本叫做《神农本草经》的书上,就写有一种名为“卤碱”的药物。但时隔300多年之后,南北朝时的大药物学家陶弘景,还不知道它是什么。又过了1000多年,明朝的大药物学家、医学家李时珍才解释说,它是由盐碱土浸出的汁液,经熬浓析盐后,冷下来卤水中会出现凝结如石的东西,也就是卤碱。根据现代知识推测,它可能是氯化镁,碳酸钠等。碱字在我国古代有多种写法,从字的偏旁可知,它是出于卤、土、石,而状如石的物质,近年来才统一用碱字表示,它的内容也由原来泛指碱性物质改为专指化学上的碱了。

在西欧早些时候,也是把所有的碱性物质泛指为碱,后来又把碱性物质分为温和碱、苛性碱,并掌握了由温和碱(即碳酸钾、钠)制苛性碱(即氢氧化钾、钠)的方法。直到公元1754年,由英国化学家布拉克通过实验,探明了温和碱、苛性碱和二氧化碳的关系后,仍然没有弄清这两种碱的化学成分。甚至当时的化学大师还把苛性碱当成金属氧化物,他就是英国的化学家拉瓦锡。他的根据是这些物质都有跟酸能反应的化学性质,既然其中的某些物质和氧化汞(当时另有一个名称)会分解成汞和氧气,那么其他物质虽然当时无法能够分解,也必然是含有一种金属和氧了。

拉瓦锡在自己的观点没有得到改变之前就去世了,而另一位英国化学家戴维接受了他的观点,并想用实验的方法来加以证实。这时正好是意大利物理学家伏特发明电池(由铜片锌片和稀硫酸组成的简单电池)后不久,已有人用电流电解水获得成功,戴维就想用电流去分解苛性钾,开始他电解了它的水溶液,结果只在阴阳电极上产生氢气和氧气,他意识到这是水被电解了,便改用加热使苛性钾熔化后电解的方法,他终于得到了金属钾,不久又用同样的方法制出了金属钠。钾、钠都是在1807年发现的。

十年后,瑞典的化学家阿尔费德森研究一种矿石时,发现其中含有一种类似于钾、钠的元素,就想把它制成金属,但没有成功。戴维得知这一消息后,用了极强大的电流,才制出极少一点金属,后来它被起名叫“石头中的隐士”(大意),汉语的音译名称叫“锂”,直到1855年有人(德人本生和马提生)用熔融的氯化锂电解,才得到了较多的金属锂,方有条件来研究它的性质。

1859年,本生和另一位德国物理学家基尔霍夫发明了分光镜,人们开始用它来寻找未知元素,本生就用了这台仪器,于1860年发现了元素铯,数月之后又发现了元素铷。用分光镜看铯在火焰光中线条是蓝色,铷的光亮线条是深红色,就分别用“色如蓝天”和“红色超群”的意思来命名,中文完全是音译,“铯”、“铷”两字,就再也看不出它们蓝、红的特色来了。

锂、钠、钾、铷、铯五种性质相似的金属元素,前后用了50多年的时间,都被相继地发现了。它们的发现,它们的化学性质极为相似,它们的原子量一个比一个大,化学活动性一个比一个强,以及根据原子量大小和性质上的差别,跟别的元素进行对比,都给科学家为元素的分类,提供了极有价值的材料。

1829年,德国人德贝莱纳首先对元素原子量和化学性质之间的关系进行研究,从当时已知的54种元素中,找出了性质相似的元素组,每组包括有三种元素,而在这三种元素中,位置在中间的元素的原子量,差不多是前后两元素原子量的平均值,而化学活泼性也正好位于两者之间。他就以氧原子量为100做标准,列出了锂、钠、钾三者的这一关系是:Li=95.310Na=290.897K=489.916(Li+K)/2=(95.310+489.916)/2=292.631≈Na后来,又有人找出多种元素的原子量和元素性质的关系。直到1869年,俄国化学家门捷列夫发表了他所编制的第一张元素周期律表里,就把锂、钠、钾、铷、铯排在一行中了。这种元素分类系统表,几经补充和修改,成了举世皆知的元素周期表,锂、钠、钾、铷、铯,位居其中的第一个纵行,最下面又加上一种放射性元素钫,这六种元素,除了化学性质一个比一个更活泼外,它们的氢氧化物都是易溶于水,苛性最强的碱,所以把它们统称为碱金属,而对元素周期表来说,这一纵行的名称叫做碱金属元素族。

前面提到还有很多有碱性的其他物质,如铍、镁、钙、锶、钡、镭的氧化物、氢氧化物也有碱性,最早认为它们是碱土,就称这六种金属元素为碱土金属,别的都不强调有碱性了。