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19世纪的分析化学

来源:未知作者:张安荣 点击:所属专题: 近代化学
进入19世纪后,新发现的元素急剧增多;工业迅速发展;地质矿藏的研究和开发所面对的矿物岩石日益广泛,成分更为复杂;物料中微量组分的研究也提到日程上来。18世纪以吹管分析为主要手段的定性分析方法已远不能满足要求,有限的几种溶液中的定性鉴定反应,也难以检验试样中众多

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    进入19世纪后,新发现的元素急剧增多;工业迅速发展;地质矿藏的研究和开发所面对的矿物岩石日益广泛,成分更为复杂;物料中微量组分的研究也提到日程上来。18世纪以吹管分析为主要手段的定性分析方法已远不能满足要求,有限的几种溶液中的定性鉴定反应,也难以检验试样中众多的组分。这促使人们对金属与各种试剂之间的反应进行系统的研究,并拟订出合理而简易的系统检测方案。  

    定性分析 1821年德意志化学家P.C.海因里希提出:为了使湿法定性检验的问题简单化和减少盲目性,可选用几个基本试剂进行初步试验,而所选用的试剂应能分别与溶液中某组元素产生特征反应。1829年德意志化学家H.罗泽首次明确提出并制定了系统的定性分析法。他顺序地采用盐酸、硫化氢、硫化铵、碳酸铵、磷酸钠为组试剂。1841年德意志化学家C.R.弗雷泽纽斯提出了溶液中金属元素定性分析法的修订方案,并写入教科书《定性化学分析导论》中。这就是流传至今的所谓“硫化氢系统分析”的早期形式,当时立即得到广泛的应用;后来又由美国化学家A.A.诺伊斯作进一步的完善和充实。这种方法在19世纪为矿物学研究及地质考察工作作出过积极的贡献,对初学分析检验的人员曾经是一个很有效的工具。

    定量分析 18世纪末已经初步建立起的重量分析法得到了广泛的应用。这时期的定量分析化学肩负着两方面的重要任务,一方面要为冶金、采矿、机械、漂染、玻璃、化工等工业部门提出的新的分析课题提供有效的方法,解决更复杂的问题;另一方面要为化学中各种新理论的建立、巩固和完善提供令人信服的可靠数据。显然,原有各种分析方法的准确度都有待提高。罗泽曾着重研究了当有其他元素共存的情况下某元素的测定方案,因此他探讨了很多新的分离方法,特别是开创了酸碱19世纪的分析化学缓冲溶液和金属元素掩蔽剂的应用。贝采利乌斯是当时最享盛誉的分析化学家。为了测定原子量,他分析了2 000种以上的化合物;广泛研究和应用了各种沉淀剂;对定量分析中的各个步骤都作了周密的思考和钻研,把重量分析法推向了成熟阶段。弗雷泽纽斯则为建立各种精确的分离方法作出了卓越贡献,其分析的准确度达到了令人惊异的程度。  

    重量分析 18世纪后期和19世纪,在重量分析法准确度极大提高的基础上,通过对各种矿物的分析,发现了一系列的新元素,例如钼(1778)、碲(1782)、钨(1783)、铍(1789)、锆(1789)、铀(1789)、钛(1791)、铬(1793)、铌和钽(1802)、镉(1817)、硒(1818)、钍(1828)、钒(1830)、锗(1886),以及铂族元素中的钯、铑、锇、铱、钌(1803~1827)和稀土元素中的铈、镧、铽、铒、镱、钐、钬、铥、钪、钆、镨、钕、镝(1803~1886)。  

    容量分析 19世纪分析化学的最大成就是滴定分析法的大发展。这种方法原是在化学工业兴起的直接推动下从法国产生和发展起来的。使用各种化学产品的厂家,为了避免经济损失, 普遍建立起原料质量检验部门──工厂化验室,需要迅速和简易的分析方法。因此,滴定法应时而生。  

    最早的滴定法在18世纪已经萌芽。1729年法国化学家C.J.日夫鲁瓦首先把中和反应应用于分析,他为测定乙酸的相对浓度,以碳酸钾为基准物。1750年法国化学家G.F.韦内用硫酸滴定矿泉水中的碱,用紫罗兰指示滴定终点,开始了指示剂的应用。1736年法国人F.A.H.德卡罗齐耶在酸碱滴定法中最早采用了体积量度原则,首创了倾倒式滴定仪。1806年后,容量分析法广泛被采用。18世纪80年代,沉淀反应也开始用于滴定法。  

    19世纪30~50年代,滴定分析法的发展达到了极盛时期。盖-吕萨克的银量法使这种方法的准确度空前提高,可以与重量分析法相媲美,在货币分析中赢得了信誉,从而引起了法国以外的化学家对滴定法的关注,促进了这种方法的推广。这一时期,滴定法中广泛地采用了氧化还原反应,碘量法、高锰酸钾法、铈量法纷纷建立。在仪器方面也有很大改进,1846年法国人E.O.亨利发明了铜制活塞的滴定管;1885年德国化学家F.莫尔发明了剪夹式滴定管,很快得到推广。19世纪50年代后,滴定分析法中采用了人工染料指示剂,又突破了这种分析法发展中的一大障碍。1877年德国科学家E.卢克合成了酚酞;1875年德国人M.米勒合成了金莲橙;德国人G.隆格合成了甲基橙。到1893年,已有14种人工合成的酸碱指示剂。1894年德国物理化学家W.奥斯特瓦尔德以电离平衡理论为基础,对滴定法的原理和指示剂的变色机理作了理论上的全面阐述。  

   光学分析 19世纪分析化学的另一重大发展是光学分析法的崛起。它是现代仪器分析法的先声,恰好适应了试样中微量组分测定的要求,而且有力地帮助了化学家对新元素的探索。 

   比色分析 它是吸收分光光度法的先声,大约兴起于19世纪30年代。最初,多是利用金属水合离子本身的颜色,用简单的目视法进行比较。50年代后,开始利用有机显色剂,提高了分析的灵敏度和选择性。比色法的理论是基于溶液对光的吸收定律。早在1760年,德意志物理学家J.H.朗伯已判明:一束单色光通过某种吸收层时,其透光率的负对数值与吸收层的厚度成正比;1852年德意志物理学家A.比尔研究各种无机盐水溶液对红光的吸收时,又判明透光率的负对数值与吸收物质的浓度成正比。1870年法国人J.迪博斯克设计制造了较实用的目视比色仪,这种仪器一直沿用到20世纪的40年代。1883年德国化学家C.菲罗尔特根据朗伯- 比尔定律设计了最早的可测定溶液吸光率的目视分光光度计。1925年德国光学工程师R.普尔弗里希设计了利用滤光片的分光光度计,这种仪器甚至沿用到20世纪50年代。  

    光谱分析 分光镜是现代发射光谱分析仪的先声,它的发明立即成为化学家们搜索新元素的有力工具。1814年德意志物理学家 J.von夫琅和费研究了太阳光谱和行星光谱中的暗线和火焰光谱中的明线,发现两者的联系。1825年英国物理学家W.H.F.塔尔博特观察了被各种金属盐着色的火焰所产生的光谱,注意到了钠、钾、铜、钡、锂的特征光谱线,第一个意识到把某一特征光谱线与某一定物质的存在联系起来。1852年瑞典物理学家A.J.埃斯特朗进一步明确火焰光谱中那些特征明线分别属于某种元素而不属于化合物。1854年美国物理学家D.奥尔特正式提出了光谱定性分析的建议。1859年德意志化学家R.W.本生和物理学家G.R.基尔霍夫合作制作了第一台实用的光谱分析仪,并通过实验揭示了太阳光谱中的暗线与火焰、电弧光谱中明线的一致性。从此光谱分析成了化学家的重要检测手段。  

    1860年本生等用光谱法从矿泉水中发现了元素铯,次年又从锂云母矿石中发现了元素铷。1861年英国物理学家W.克鲁克斯用光谱法从硫酸厂废渣中发现了元素铊。1863年德意志物理学家F.赖希和H.T.里希特用光谱法从闪锌矿石中发现了元素铟。1868年法国天文学家P.-J.-C.让桑和英国天文学家J.N.洛克耶各自独立地同时从日珥光谱中发现了太阳中存在氦元素。1894~1898年,英国化学家W.拉姆齐和瑞利用真空放电法与光谱法相结合,发现了空气中的氖、氩、氪、氙等稀有元素,为周期表增添了一个零系家族。

 

(责任编辑:化学自习室)
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