История открытий химических элементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДОКЛАД

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Дьяков Сергей ГИГ-14

Содержание

1. Определения геохимии

2. Характеристика истории открытий химических элементов по этапам

3. Вопрос - ответ

4. Хром

Литература

1. Определения геохимии

Геохимия - это наука о химическом составе Земли, ее оболочек и различных геологических образований, наука о законах миграции, концентрации и рассеяния химических элементов в различных геологических процессах.

Геохимия -- наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Я выбрал эти определения потому что , как мне кажется они полностью раскрывают суть предмета, а так же дали понятие понятия о там что мы будем изучать во время занятий.

2. Характеристика истории открытий химических элементов по этапам

1 этап. Предалхимический период: до III в. Н.э.

В предалхимическом периоде теоретический и практический аспекты знаний о веществе развивались относительно независимо друг от друга. Происхождение свойств вещества рассматривала античная натурфилософия, практические операции с веществом являлись прерогативой ремесленной химии. Практические операции с веществом являлись прерогативой ремесленной химии. Начало её зарождения следует в первую очередь связывать, видимо, с появлением и развитием металлургии. В античную эпоху были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов -- ещё и мышьяк, цинк и висмут. Помимо металлургии, накопление практических знаний происходило и в других областях, таких как производство керамики и стекла, крашение тканей и дубление кож, изготовление лекарственных средств и косметики. Именно на основе успехов и достижений практической химии древности происходило развитие химических знаний в последующие эпохи.

2 этап. Алхимический период: III--XVII вв

Алхимический период -- это время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов. Алхимическая теория, основанная на античных представлениях о четырёх элементах, была тесно переплетена с астрологией и мистикой. Наряду с химико-техническим «златоделием» эта эпоха примечательна также и созданием уникальной системы мистической философии. Алхимический период, в свою очередь, разделяется на три подпериода: александрийскую (греко-египетскую), арабскую и европейскую алхимию.

**В Александрии произошло соединение теории (натурфилософии Платона и Аристотеля) и практических знаний о веществах, их свойствах и превращениях; из этого соединения и родилась новая наука -- химия. Само слово «химия» (и арабское al-kоmiya?) обычно считается происходящим от древнего названия Египта -- Кеме или Хем; изначально слово, по-видимому, должно было означать нечто вроде «египетского искусства». Иногда термин производят от греческого чхмпт -- сок или чхменуйж -- литьё[2][3][4][5]. Основными объектами изучения александрийской химии являлись металлы. В александрийский период сформировалась традиционная металлопланетная символика алхимии, в которой каждому из семи известных тогда металлов сопоставлялась соответствующая планета: серебру -- Луна, ртути -- Меркурий, меди -- Венера, золоту -- Солнце, железу -- Марс, олову -- Юпитер, свинцу -- Сатурн[6]. Небесным покровителем химии в Александрии стал египетский бог Тот или его греческий аналог Гермес.

От александрийского периода осталось также и множество герметических текстов, представлявших собой попытку философско-мистического объяснения превращений веществ, среди которых знаменитая «Изумрудная скрижаль» Гермеса Трисмегиста.

К числу несомненных практических достижений греко-египетских алхимиков следует отнести открытие явления амальгамирования металлов. Амальгама золота стала применяться для позолоты. Александрийскими учёными был усовершенствован способ извлечения золота и серебра из руд, для чего широко применялась ртуть, получаемая из киновари или каломели. Помимо практического значения, уникальная способность ртути образовывать амальгаму способствовала появлению представления о ртути, как об особом, «первичном» металле. Алхимиками был разработан также способ очистки золота купелированием -- нагреванием руды со свинцом и селитрой[7].

** Арабская алхимия

Теоретической основой арабской алхимии по-прежнему являлось учение Аристотеля. Однако развитие алхимической практики потребовало создания новой теории, основанной на химических свойствах веществ. Джабир ибн Хайян (Гебер) в конце VIII века разработал ртутно-серную теорию происхождения металлов, согласно которой металлы образованы двумя принципами: Ртутью (принцип металличности) и Серой (принцип горючести). Для образования золота -- совершенного металла, помимо Ртути и Серы необходимо наличие некоторой субстанции, которую Джабир называл эликсиром (al-iksir, от греческого оесйпн, то есть «сухой»). Проблема трансмутации, таким образом, в рамках ртутно-серной теории свелась к задаче выделения эликсира, иначе называемого философским камнем (Lapis Philosophorum). Эликсир, как считалось, должен был обладать ещё многими магическими свойствами -- исцелять все болезни, и, возможно, давать бессмертие[8][9].

Ртутно-серная теория составила теоретическую основу алхимии на несколько последующих столетий. В начале X века другой выдающийся алхимик -- Ар-Рази (Разес), -- усовершенствовал теорию, добавив к Ртути и Сере принцип твёрдости (хрупкости), или философскую Соль.

Арабская алхимия, в отличие от александрийской, была вполне рациональна; мистические элементы в ней представляли собой скорее дань традиции. Помимо формирования основной теории алхимии, во время арабского этапа был разработан понятийный аппарат, лабораторная техника и методика эксперимента. Арабские алхимики добились несомненных практических успехов -- ими выделены сурьма, мышьяк и, по-видимому, фосфор, получены уксусная кислота и разбавленные растворы минеральных кислот. Важной заслугой арабских алхимиков стало создание рациональной фармации, развившей традиции античной медицины.

** Европейская алхимия.

Научные воззрения арабов проникли в средневековую Европу в XIII веке. Работы арабских алхимиков были переведены на латынь, а затем и на другие европейские языки. Среди крупнейших алхимиков европейского этапа можно отметить Альберта Великого, Роджера Бэкона, Арнальдо де Вилланову, Раймунда Луллия, Василия Валентина. Р. Бэкон определил алхимию следующим образом: «Алхимия есть наука о том, как приготовить некий состав, или эликсир, который, если его прибавить к металлам неблагородным, пре К началу XIV века европейская алхимия добилась первых значительных успехов, сумев превзойти арабов в постижении свойств вещества. В 1270 году итальянский алхимик Бонавентура, в одной попытке получения универсального растворителя получил раствор нашатыря в азотной кислоте (aqua fortis), который оказался способным растворять золото, царя металлов (отсюда и название -- aqua Regis, то есть царская водка). Псевдо-Гебер -- один из самых значительных средневековых европейских алхимиков, работавший в Испании в XIV веке и подписывавший свои сочинения именем Гебера, -- подробно описал концентрированные минеральные кислоты (серную и азотную). Использование этих кислот в алхимической практике привело к существенному росту знаний алхимиков о веществе.

В середине XIII века в Европе началась выделка пороха; первым его (не позже 1249 года) описал, по-видимому, Р. Бэкон (часто упоминаемого монаха Б. Шварца можно считать основоположником порохового дела в Германии). Появление огнестрельного оружия стало сильнейшим стимулом для развития алхимии и её тесного переплетения с ремесленной химией.вратит их в совершенные металлы»

3 этап. Развитие химии как науки XVI - XX в

Для данного периода характерно стремительное развитие науки: были созданы периодическая система элементов, теория химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика и химическая кинетика; блестящих успехов достигли прикладная неорганическая химия и органический синтез. В связи с ростом объёма знаний о веществе и его свойствах началась дифференциация химии -- выделение её отдельных ветвей, приобретающих черты самостоятельных наук.

В XVI веке ирландский учёный Бойль освободил химию от алхимии. Он предположил, что все вещества состоят из химических элементов, которые нельзя разложить на более простые части. Можно сказать, что с этого времени химия стала отдельной наукой.

В конце XVII - начале XVIII веков появляется теория немецкого химика Э.Г. Шталя, объясняющая явления горения, окисления и восстановления металлов. Но эта теория была признана ошибочной в середине XVIII века французским физиком Лавуазье, установившим роль кислорода в этих процессах. М.В. Ломоносов открыл закон сохранения массы вещества в химических процессах.

C конца XVIII до середины XIX века был открыт целый ряд стехиометрических законов, устанавливающих количественные соотношения (массовые и объёмные) между реагирующими веществами и продуктами реакции. Закон Авогадро, законы сохранения массы, эквивалентов, постоянства состава, объёмных отношений, кратных отношений - это законы, лежащие в основе стехиометрии. Эти законы позволили создать правила составления химических уравнений и формул. Именно после экспериментального подтверждения этих законов химия сформировалась как наука. Утвердилось атомно-молекулярное представление о строении вещества, подтверждённое теорией строения химических соединений, созданной А.М. Бутлеровым. Д.М. Менделеевым был открыт периодический закон.

После того как в конце XIX века были открыты электрон и радиоактивность, в начале ХХ века была разработана теория гетерополярной (ионной) связи и теория гомеополярной (ковалентной) связи. В 1927 г. Началась разработка квантово-механической теории химической связи. Учение Менделеева о периодичности химических элементов получило своё подтверждение. Стало возможным прогнозировать свойства веществ. Физико-математические методы стали широко использоваться для разнообразных расчётов в области химии. Появились новые физико-химические методы анализа: электронная и колебательная спектрометрия, магнетохимия и т.д.

В ХХ веке благодаря достижениям химической науки стало возможным получение веществ с заданными свойствами: синтетических антибиотиков, синтетических полимеров, пластмасс, всевозможных строительных материалов, тканей и т.п.

Современная химия тесно сотрудничает с другими науками. В результате появились совершенно новые разделы химии: биохимия, геохимия, коллоидная химия, кристаллохимия, электрохимия, химия высокомолекулярных соединений и др.

Важным направлением современной химии является получение дешёвого топлива, создающего альтернативу основным современным источникам энергии - нефти и газу.

Точные современные приборы и компьютеры значительно упростили исследования и математические расчёты в области химии, повысили их точность, скорость и уменьшили стоимость.

3. Вопрос - ответ

Как зависит динамика открытий элемента от этапных событий истории?

По графику заметно, что элементы открывались не равномерно. Так же на графике отчётливо видно резкие повышения и понижения в зависимости от интервала времени. Но общее число элементов на конец периода всегда возрастает.

Это зависит от того, что с каждым новым этапом времени человек всё больше уделял времени и сил науке, а следовательно возрастал технический прогресс, из-за чего человеку стали доступные новые инновации которые помогали им изучать и находить ещё не исследованные элементы.

Чем объясняется известность некоторых элементов ещё с древности?

В древности были открыты такие элементы как: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов -- ещё и мышьяк, цинк и висмут. В истории Древнего мира традиционно выделяются

Медный, Бронзовый и Железный века, в которых основным материалом для изготовления орудий труда и оружия являлись соответственно медь, бронза и железо.

Медь впервые получена выплавкой из руд, видимо, примерно за 9000 лет до н. э. Достоверно известно, что в конце VII тысячелетия до н. э. существовала металлургия меди и свинца. В IV тысячелетии до н. э. уже имеет место широкое распространение изделий из меди.

Зависит ли время открытия элемента от его содержания в земле?

Распределение химических элементов в земной коре подчиняется следующим закономерностям:

1. Закону Кларка-Вернадского, который гласит, что все химические элементы есть везде (закон о всеобщем рассеянии);

2. С усложнением строения атомного ядра химических элементов, его утяжелением, кларки элементов уменьшаются (Ферсман);

3. В земной коре преобладают элементы с чётными порядковыми номерами и атомными массами. геохимия химический элемент история

4. Среди соседних элементов у четных всегда кларки выше, чем у нечетных (установили итальянский ученый Оддо и американский Гаркис).

5. Особенно велики кларки элементов, атомная масса которых делится на 4 (O, Mg, Si, Са…), а начиная с Аl, наибольшими кларками обладает каждый 6-й элемент (O, Si, Са, Fe).

Все элементы по величине среднего содержания в земной коре делятся на основные, редкие и рассеянные. Основные элементы (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, калий, натрий, магний, водород, кларк их больше единицы) широко распространены в породах, иногда концентрируются в месторождении. Элементы с низкими кларками (примерно менее 0,01-0,001 %) называются редкими. Например, медь, цинк, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам и др. Некоторые из них концентрируются в земной коре. Например, на участках медных, цинковых и свинцовых месторождений медь, цинк, свинец могут быть главными элементами ландшафта. Элементы, которые обладают и низкими кларками и малой способностью к концентрации, рассеяны в земной коре и во всех породах почвах и минералах встречаются в ничтожных количествах. Такие элементы называются редкими рассеянными. Их роль всегда в ландшафте второстепенна (кадмий, радий, скандий, галлий, индий, гафний и др.).

От чего зависит время открытия элементов?

Время открытия элемента на прямую зависит от его содержания в земле, распространения, химических свойств, а главное от потребности человека.

Например возьмём медь: Медь -- один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом -- бронзы для изготовления оружия и т. П.

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн[2]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах -- медистые песчаники и сланцы.

Это значит что в древнее время медь была очень нужна человеку и он без особой трудности смог её достать. Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди.

Согласно исследованиям ученых, наши далекие предки сначала применяли слитки меди, которые были ими ошибочно приняты за камни. Изначально медные самородки обрабатывались так же, как простые камни -- по ним ударяли другими камнями, дабы изменить их форму и размер. Медные слитки отказывались раскалываться на части, но отлично деформировались. Этот метод обработки, получивший название «холодная ковка», был достаточно энергозатратным, но весьма распространенным.

4. Хром

История:

В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO4. Современное название -- крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).

Происхождение названия:

Название элемент получил от греч. Чс?мб -- цвет, краска -- из-за разнообразия окраски своих соединений.

Нахождение в природе:

Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. Долей, %). Основные соединения хрома -- хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.

Физические свойства:

В свободном виде -- голубовато-белый металл с кубической объемно-центрированной решеткой, а = 0,28845 нм. При температуре 39 °C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля). Хром имеет твердость по шкале Мооса 5.[4] Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке.

Химические свойства хрома:

Хром при обычных условиях - инертный металл, при нагревании становится довольно активным.

Взаимодействие с неметаллами

При нагревании выше 600°С хром сгорает в кислороде:

4Cr + 3O2 = 2Cr2O3.

С фтором реагирует при 350°С, с хлором - при 300°С, с бромом - при температуре красного каления, образуя галогениды хрома (III):

2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3.

С азотом реагирует при температуре выше 1000°С с образованием нитридов:

2Cr + N2 = 2CrN

или 4Cr + N2 = 2Cr2N.

Сера при температуре выше 300°С образует сульфиды от CrS до Cr5S8, например:

2Cr + 3S = Cr2S3.

Реагирует с бором, углеродом и кремнием с образованием боридов, карбидов и силицидов:

Cr + 2B = CrB2 (возможно образование Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB4),

2Cr + 3C = Cr2C3 (возможно образование Cr23C6, Cr7B3),

Cr + 2Si = CrSi2 (возможно образование Cr3Si, Cr5Si3, CrSi).

С водородом непосредственно не взаимодействует.

Взаимодействие с водой

В тонкоизмельченном раскаленном состоянии хром реагирует с водой, образуя оксид хрома (III) и водород:

2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2

Взаимодействие с кислотами

В электрохимическом ряду напряжений металлов хром находится до водорода, он вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот:

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2;

Cr + H2SO4 = CrSO4 + H2.

В присутствии кислорода воздуха образуются соли хрома (III):

4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O.

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют хром. Хром может растворяться в них лишь при сильном нагревании, образуются соли хрома (III) и продукты восстановления кислоты:

2Cr + 6H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O;

Cr + 6HNO3 = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

Взаимодействие с щелочными реагентами

В водных растворах щелочей хром не растворяется, медленно реагирует с расплавами щелочей с образованием хромитов и выделением водорода:

2Cr + 6KOH = 2KcrO2 + 2K2O + 3H2.

Реагирует с щелочными расплавами окислителей, например хлоратом калия, при этом хром переходит в хромат калия:

Cr + KclO3 + 2KOH = K2CrO4 + KCl + H2O.

Восстановление металлов из оксидов и солей

Хром - активный металл, способен вытеснять металлы из растворов их солей:

2Cr + 3CuCl2 = 2CrCl3 + 3Cu.

Хром в природе:

Хром в природе не встречается ни в чистом, ни в самородном виде, а только как соединение с другими элементами. И самым распространенным таким соединением является хромический железняк - хромит. Из него в основном и добывают этот химический элемент, чаще всего карьерным способом. Добывают хром и из крокоита - «шафранового свинца», как его называли ученые 18 века. Крокоит - хромат свинца - был первой рудой, из которой удалось получить хром. Карбид хрома из крокоита в 1761 году получил ученый из Германии Иоганн Леман. Он приехал исследовать Уральские горы по приглашению российского научного общества. Кстати сказать, именно этот немецкий геолог и естествоиспытатель сделал открытие, что по мере углубления в слои земли растет возраст этих слоев. И ученые всего мира узнали, что, закапываясь все глубже в своих археологических исследованиях, они будут натыкаться на все более древние человеческие постройки и останки.

Литература

1. Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. -- М.: Мир, 1983. -- 187 с.

2. Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII века / Отв. ред. Ю. И. Соловьев. -- М.: Наука, 1980. -- 399 с.

3. Всеобщая история химии. Становление химии как науки / Отв. ред. Ю. И. Соловьев. -- М.: Наука, 1983. -- 464 с.

4. Рабинович В. Л. Алхимия как феномен средневековой культуры. -- М.: Наука, 1979. -- 269 с.

5. Соловьев Ю. И. История химии. Развитие химии с древнейших времён до конца XIX века. -- М.: Просвещение, 1983. -- 368 с.

6. Соловьев Ю. И., Трифонов Д. Н., Шамин А. Н. История химии. Развитие основных направлений современной химии. -- М.: Просвещение, 1984. -- 335 с.

7. Фигуровский Н. А. История химии. -- М.: Просвещение, 1979. -- 311 с.

8. Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX века. -- М.: Наука, 1969. -- 455 с.

9. Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. Развитие классической химии в XIX столетии. -- М.: Наука, 1979. -- 477 с.

10. Штрубе В. Пути развития химии. -- М.: Мир, 1984. -- Т. 1-2.

Размещено на Allbest.ru