化学元素的发现与演变：从古代劳动人民到现代实验

人们对化学元素概念的认识，是随着生产的发展而不断深入。人们对各种化学元素的认识，也是随着生产的发展而不断深入的。

早在古代，人们学会钻木取火，便认识了碳——木头烧成乌黑的木炭，这木炭就是碳。学会了取火，学会了制造木炭，这就为冶炼一些容易被还原的金属提供了技术条件。把绿色的孔雀石（铜矿）和木炭一起煅烧，铜便被木炭从孔雀石中还原出来，变成火红的铜水流了出来。

同样道理，锡、铅、汞、镍、锌等较易被还原的金属，也都相继被人们在生产实践中发现了。另外，有些元素在自然界中有纯净的单质，也很快被人们发现了，如天然的金、银和硫。

这些化学元素是古代劳动人民在生产实践中发现的，而发现这些化学元素又进一步推动了生产的发展。其中最重要的要算是铜了，因为铜可以用来制造各种生产工具。我国考古工作者曾在河南安阳的小屯村，发掘到许多孔雀石、木炭、碎铜块以及铜制的矛、刀、斧、钟、鼎等。安阳一带并不产孔雀石。据考证：安阳是我国古代的“铜都”。那些孔雀石是从外地运来炼铜用的。而木炭、碎铜块，则正是古代炼铜的遗迹。至于矛、刀、斧之类铜器，则是说明我国古代应用铜制造武器和生产工具。据考证，我国劳动人民早在公元前2700年便懂得怎样炼铜了。后来，人们又发现，如果把铜矿和锡矿放在一起冶炼，炼出来的合金容易浇铸，机械性能也很好，于是便普遍用这种办法冶炼。现在发掘出来的古代炼制铜器一般都含有锡，含锡的铜是青铜。由于那时广泛用青铜制造各种生产工具，所以在历史上称为“青铜时代”。

后来，人们又发现了铁。铁比铜难还原，炼铁所需的温度比铜高。因此，只有在炼铜技术发展到一定程度时，人们才可能学会炼铁。先发明炼铜，而后发明炼铁，这充分说明“科学的发生和发展一开始就是由生产决定的”。铁矿比铜矿普遍，铁的机械性能在很多方面优于铜，因此，铁很快就取代了铜，大量地用来制造各种生产工具。于是，继“青铜时代”之后，便出现了“铁器时代”。我国是世界上最早发明冶炼铸铁的国家。铁制工具的出现，大大促进了生产，特别是农业生产的发展。公元1世纪后，铁便成了我国使用最普遍的金属。到了公元997年，即宋太宗时，我国铁生产量竟达1.5万吨。这在近1000年前，是非常了不起的事情，是当时世界上铁的年产量最高的国家！

另外，我国发现和使用锌和镍，也都早于世界其他国家。我国南北朝（公元4世纪）时就会炼制黄铜——铜锌合金。在唐朝的文献中，有用“炉甘石”（即锌矿，化学成分为碳酸锌）制黄铜的记载。在明朝的文献中，则更有炼“倭铅”（即金属锌）的记载。我国发掘出土的西汉时期（公元前1世纪）的白铜（即铜镍合金）器中，经化学分析，证明含镍。在《广雅》一书（公元3世纪成书）中，也记载着“鋈”。“鋈”就是白铜，亦即铜镍合金。

我国唐代炼丹家马和对空气的成分做了详细的研究，并发现了氧气。

至于铝，南京博物院的考古工作者们于1953年发掘江苏宜兴周墓墩的周处墓时，曾发现尸骨腰部有铝质的金属片，从而说明我国古代已会制铝。但据后来的考证^[1]，对这一提法表示否定。这一问题，尚有待进一步探讨。我们将在《地球上最多的金属——铝》一节中，详细地谈这一问题。

在封建社会时期，由于封建统治阶级提倡和重用金丹术，沉醉于追求点金石与长生之丹，结果在漫长的一千多年中，只在炼金、炼丹的偶然机会中，发现了砷、磷、铋三元素。那时，化学正处于“中世纪的黑夜”之中。

到了18世纪，随着资本主义的兴起，生产迅速向前发展，特别是冶金、染料、制药、酸碱等化学工业的迅速发展，为大量发现新元素提供了技术条件。正如恩格斯所指出的：“如果说，在中世纪的黑夜之后，科学以意想不到的力量一下子重新兴起，并且以神奇的速度发展起来，那么，我们要再次把这个奇迹归功于生产。”^[2]

在18世纪，人们接连发现了氢、氮、钛、铬、钼、碲、钨、铀、锰、氯、钴等元素。

到了1800年，人们共发现了28种化学元素。

在19世纪，随着工业革命的迅速发展，发现的化学元素就更多了。在那时的报纸、杂志上，接二连三地发表关于发现新元素的消息。仅在19世纪的头50年中，就发现了27种化学元素。其中，特别是在1800—1812年这12年中，人们就发现了19种新元素，发现的速度达到了最高峰。^[3](www.xing528.com)

在19世纪初，人们发明了电解的方法，用这一新技术发现了一系列过去没法还原的较活泼的金属——钠、钾、镁、锶、钡，并用钠、钾等活泼金属去还原非金属化合物，发现了新的非金属元素——硼和硅。

随着化学分析技术的提高，特别是光谱分析的发明，人们又继续发现了镉、镧、铟、铽、铒、镱、铊、镝、硒、钌等元素，其中大部分是地球上比较稀少的元素。到了1871年，人们共发现63种化学元素，其中金属48种，非金属15种。在这些新元素中，有的是直接在生产实践中发现的。例如，当时巴黎郊区的一家硝石工厂，在制造硝石时，铜槽常常很快就被腐蚀掉。为了解决这个生产问题，人们着手寻找腐蚀铜槽的原因。结果发现，在碱液中含有一种腐蚀铜槽的物质。经过提纯，这种物质是紫黑色的晶体。人们再仔细进行研究，发现这晶体原来是一种未知元素——碘。也有许多元素，是人们在科学实验中发现的。例如，铯、铷、铊、铟、氦等新元素，就是在研究光谱技术时发现的。铯的拉丁文原意是“天蓝”，就是因为它的光谱谱线是天蓝色而命名的；铷的谱线是暗红色的，铷的拉丁文原意是“暗红”；铊和铟的谱线分别为翠绿和蓝紫色，铊的拉丁文原意是“绿色”，而铟则是“蓝靛”的意思。至于氦，因为是人们在研究太阳光谱时发现的，所以它的拉丁文原意是“太阳”。

在19世纪末（1891—1895），人们在对空气的研究中，接连发现了六种新的稀有气体——氦^[4]、氖、氩、氪、氙、氡。这六种气体的化学性质都很不活泼，叫作惰性气体。氖的希腊文原意是“不活泼”，即惰性气体的意思；氪的希腊文原意是“隐藏的”，即隐藏于空气中好多年才被发现；氙的希腊文原意是“生疏的”，即为人们所生疏的气体；氡的希腊文原意是“射气”，因为它是放射性元素镭蜕变而产生的一种放射性气体。这样，再加上人们在这一时期发现的几种新元素，总共发现了79种化学元素。

到了20世纪，随着生产的发展，人们又发现了几种较难于被发现的新元素，这些元素在地球上都很稀少。在1917年，人们发现了镤；1925年发现了铼；1944年发现了钷。这样，到了1944年，人们便发现了存在于地球上所有的天然元素，连没有稳定同位素的锝、钷两种元素也被发现了，总共92种。

化学元素只有这92种吗？不。随着原子能工业的发展，人们又用“原子大炮”——加速器，射出中子或质子，制造人造元素。

1940年，人们用慢中子轰击铀，制得了93号元素——镎。1941年，又用氘原子轰击铀，得到镎238，而镎238不稳定，进行β衰变，得到了第94号元素——钚。1945年，用具有四千万电子伏特能量的高速α质子轰击铀238，制得第95号元素——镅。接着，在1950年后的几年内，制得了96号元素——锔，第97号元素——锫，第100号元素——镄，第101号元素——钔。1958年，制得第102号元素——锘。1961年，制得第103号元素——铹。不久前，人们又制得了第104号元素——Rf和第105号元素——Db。

第105号元素，是不是最后的元素了呢？2016年6月8日，国际纯粹与应用化学联合会宣布，由俄罗斯、美国和日本科学家在最近几年制成的4种人造化学元素，获得承认，进入元素周期表，即第113号（Nn）、115号（Mc）、117号（Ts）和118号（Og）。科学家们还在继续制造人造化学元素。随着生产的发展，科学技术水平的提高，化学元素家族的成员在不断增多！

【注释】

[1]夏鼐，《晋周处墓出土的金属带饰的重新鉴定》，《考古》，1972年第4期，34页。

[2]《马克思恩格斯选集》，第三卷，人民出版社，1972年，523页。

[3]这里所讲的化学元素的数目，由于各国对化学元素发现者的提法不一，数字也会有出入。

[4]人们先是在太阳光谱中发现氦的谱线，只是表明在太阳上有氦，而后在空气的研究中制得了氦，证明氦在地球上也存在。