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火焰反應的歷史

火焰反應是壹種非常古老的定性分析方法。早在我國南北朝時期,著名煉丹家、醫學大師陶弘景(456-536)在《本草筆記》中就記載“雲遇火為真硝石(硝酸鉀)”。由於當時以及多年以後的生產力水平較低,這種方法並沒有得到廣泛的應用和發展。

18世紀以後的歐洲近代化學時期,由於冶金和機械工業的大發展,要求提供更多更大數量和更多品種的礦石;同時,為了降低生產成本,合理使用原料,提高產品質量,對分析化學提出了新的要求。德國磁懸浮(1709 ~ 1782)就是這壹時期著名的定性分析化學家。他的重要研究成果之壹是觀察到植物堿(草木灰,即碳酸鉀)和礦物堿(純堿,即碳酸鈉)的區別。在1762中,他系統地比較了這兩種堿轉化產生的各種鉀鹽和鈉鹽的晶型、潮解性和溶解性,發現鈉鹽和鉀鹽可以分別使火焰呈各具特色的顏色。此後,火焰反應成為鑒別鉀鹽和鈉鹽的常用方法。後來很多人也註意到,很多鹽和氧化物在火焰中可以呈現出不同的顏色。比如1818,格梅林發現鋰鹽是暗紅色,銅鹽是藍綠色,但他不明白原因。鋰鹽和鍶鹽都使火焰變紅,影響火焰反應測試物質的可靠性。

19世紀中葉,德國著名化學家本森(1811 ~ 1899)設計制造了本生燈,使氣體燃燒時產生幾乎無色的火焰,溫度達到1000多度。本森用這種燈研究了各種鹽在火焰中呈現不同火焰顏色的現象,並試圖根據火焰中的顏色信號檢測各種元素。他同時點燃了三盞煤氣燈,並在每壹個火焰中滴入鹽溶液。

壹滴是飽和鹽溶液,另壹滴摻鋰鹽,第三滴摻鉀鹽。結果三個火焰都是黃色的,看不出區別。顯然,鈉焰的黃色掩蓋了其他顏色。本生還通過藍色玻璃或靛藍溶液作為濾色器觀察火焰,發現黃色被濾除,飽和鹽溶液的火焰變為無色,摻鋰鹽的鹽溶液為暗紅色,摻鉀鹽的火焰為淺紫色。後來,他收集了許多不同顏色的玻璃,制備了許多不同顏色的溶液作為濾色材料,試圖提高火焰反應的選擇性,區分鋰鹽和鍶鹽在火中的深紅色,但沒有成功。顯然,用肉眼觀察火焰顏色來鑒別元素是非常有限的。直到現在,我們只能用火焰反應鑒別鉀、鈉等少數金屬,用藍鈷玻璃觀察鉀的火焰顏色也來源於本生實驗。

除了氣體火焰,本生燈還使用煤炭火焰,氫氧火焰和氫氣火焰。經過對火焰反應的詳細研究,他還發現,即使壹種元素處於不同的化合物中,即使它在火焰中發生化學變化,即使火焰溫度不同,即使使用的火焰類型不同,這些因素對壹種元素的特征火焰顏色都沒有影響。

後來,在好友物理學家基爾霍夫的建議下,本生通過觀察光譜實現了對元素的定性檢查,並創立了分析化學的壹個重要分支:光譜分析。

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