Открытие новых химических элементов

Краткая биография

Йёнс Якоб Берцелиус родился 20 августа 1779 в селении Веверсунде близ Линчёпинга на юге Швеции в семье директора школы. Отец умер вскоре после его рождения. Мать Йёнса вторично вышла замуж, но после рождения второго ребёнка заболела и умерла. Отчим сделал всё, чтобы Йёнс и его брат получили хорошее образование. Химией Йёнс Якоб Берцелиус увлёкся только в двадцатилетнем возрасте. По окончании гимназии поступил в Упсальский университет. В 1804 году получил степень доктора медицины и занял должность адъюнкта медицины и фармации в медицинской высшей школе в Стокгольме. В 1807 году стал профессором этой высшей школы, а с 1810 — профессором химии и фармации Каролинского института. В 1832 году оставил кафедру в институте и занялся составлением учебников и обзоров по химии.

Берцелиус на опыте подтвердил многие химические законы, известные к тому времени. В течение 1808—1812 он получил новые доказательства закона кратных отношений, ранее предложенного Джоном Дальтоном, и связал атомистическую теорию с обширными и разнообразными химическими фактами.

В 1814 году он опубликовал таблицу атомных масс 41 простого вещества, выбрав в качестве единицы сравнения кислород, атомную массу которого он принял за 100. Доказал, что атомные веса не целые числа, тем самым опровергнув теорию Пруста, что все элементы состоят из равного числа водорода. В 1818 году полностью изложил свою теорию пропорций. К этому времени он определил атомные массы 46 элементов и установил процентный состав ~2000 соединений.

Несмотря на несовершенство его аналитических методов, результаты Берцелиуса были во многих случаях близки к современным. С его работами по атомистике связано введение простой и понятной системы химических символов: для обозначения элемента им была принята первая буква его латинского или греческого названия, иногда за ней следовала еще одна буква; для указания числа атомов использовались алгебраические индексы. Берцелиус внес изменения в химическую номенклатуру, построив ее на латинском языке и введя для разных классов соединений соответствующие приставки, суффиксы и окончания. Переведенная на многие языки, она послужила основой для современной химической номенклатуры.

В 1803 году появилась его работа по электролизу, выполненная совместно с Вильгельмом Гизингером, а в 1812 году — работа по электрохимической классификации элементов и в 1818 году была сформулирована электрохимическая теория. По роду преобладающего на атомах заряда Берцелиус разграничил электроотрицательные и электроположительные элементы и разделил известные в то время 56 элементов на два класса, исходя из свойств образуемых ими соединений с наиболее электроотрицательным элементом — кислородом. Таким образом был получен электрохимический ряд элементов и подразделение на металлы и металлоиды. Электрохимическая теория легла в основу дуалистической системы, созданной Берцелиусом для установления рациональных формул химических соединений. Опираясь на данные, полученные при электролизе разных растворов солей, пришел к выводу, что в них существуют простые и постоянные отношения между атомами кислорода основания и атомами кислорода кислоты. Термин «органическая химия» введен Берцелиусом в 1806 году.

В 1811 году он начал систематические исследования элементного состава органических соединений, а в 1815 году вывел формулы уксусной, янтарной, винной и т. д. кислот. В 1824 году получил в лабораторных условиях карбид кремния. Изучая в 1830 году виноградную кислоту, обнаружил, что по составу она идентична винной и предложил объяснять различия их свойств неодинаковым расположением атомов. Для описания этого феномена предложил термин «изомерия». Так же, Берцелиус ввел такие важные понятия, как катализ и аллотропия.

Деятельность Берцелиуса включала также исследования по аналитической и неорганической химии. Он провел систематические исследования состава многих руд и предложил химическую классификацию минералов. Как автора новой минералогической системы Лондонское королевское общество в 1836 году наградило его медалью Копли. Он разработал новые методы качественного (проба на мышьяк)и количественного анализа, усовершенствовал многие приборы и создал новые (паяльная трубка). Он открыл три новых химических элемента: церий, торий и селен; впервые выделил в свободном состоянии кремний, титан, тантал и цирконий.

Берцелиус развивал теоретические представления об изомерии и полимерии (1830—1835), представления об аллотропии (1841), ввёл термины «органическая химия», «аллотропия», «изомерия». Ученый составлял ежегодные обзоры успехов физических и химических наук, был автором самого популярного в те годы пятитомного учебника химии «Учебник химии» (1808—1818, выдержавший пять изданий и переведённый на немецкий и французский языки.

В 1808 году Берцелиус стал членом Шведской академии наук, в 1810 — ее президентом, а в 1818 — непременным секретарем. В 1818 был посвящен в рыцари, в 1835 ему был пожалован титул барона.

Берцелиус женился в 55 лет на 24-летней Иоганне Элизабет, дочери своего старинного друга Поппиуса, государственного канцлера Швеции. Брак их был счастливым, но детей не было. В 1845 году состояние здоровья Берцелиуса ухудшилось. После одного особенно сильного приступа подагры у него оказались парализованы обе ноги. Умер Берцелиус в Стокгольме 7 августа 1848. Он похоронен на маленьком кладбище вблизи него.

Открытие новых химических элементов

В первые десятилетия XIX в. было открыто довольно много новых химических элементов, это явилось следствием влияния на химиков того времени учения А. Лавуазье об элементах. Якобу Берцелиусу принадлежит честь открытия четырех элементов: церия, селена, тория и кремния.

Церий

Церий был открыт Берцелиусом совместно с В. Хизингером в 1803 г. Историю открытия этого элемента Берцелиус описывает в своей «Автобиографии». «Мы хотели установить, не объясняется ли высокий удельный вес минерала присутствием в нем иттриевой «земли» , особенно после того как Хизингер обнаружил, что ее раствор в кислоте имеет сладковатый привкус (что свойственно для солей иттрия.)». Однако Берцелиус и Хизингер открыли в минерале иную «землю»—вещество, которое имело много общего с иттриевой «землей», но отличалось от нее некоторыми частностями, которые, как они думали, указывали на неизвестную промежуточную смесь. «Поэтому мы обратились ко всем методам,— пишет далее Берцелиус,— которыми можно было бы рассчитывать отделить это вещество от иттриевой «земли». Мы провели... сравнительное изучение его и иттриевой «земли». Это позволило нам прийти к заключению, что вещество является новым и ранее не известным. Оно имеет два вида оксидов в производит два вида солей — окрашенных и неокрашенных... Вещество представляет собой оксид металла, который мы назвали (ceria) в честь малой планеты Церера, открытой астрономом Пьяцци» .

Селен

В 1817 г. Берцелиус, анализируя отходы сернокислотного производства, обнаружил новый химический элемент селен — аналог теллура, открытого еще в 1782 г.

В начале 1818 г. Берцелиус опубликовал подробное исследование о получении, свойствах и соединениях селена . Особое внимание он уделил диоксиду селена Se0₂, а также многочисленным солям селенистой кислоты.

Торий

В 1828 г. в минерале, найденном в Норвегии недалеко от Бревига, Берцелиус открыл оксид неизвестного металла, названный по имени древнескандинавского бога Тора ториевой «землей». Он подробно исследовал химию ториевой «земли» и в 1829 г. выделил содержащийся в ней металл торий восстановлением четыреххлористого тория металлическим калием. Чистый препарат тория был получен лишь в 1882 г. шведским химиком JI. Ф. Нилсоном.

Кремний

Зная о сложном составе глинозема и кремнезема, Берцелиус и независимо от него Дэви попытались еще в 1808 г. получить металлический алюминий и кремний.

Поскольку электролизом кремний получить не удалось, Берцелиус пытался выделить его, восстанавливая кремнезем измельченным углем в присутствии железа. Однако свободный кремний не получился, так как образовалось кремнистое железо.

Впервые Берцелиус получил кремний в свободном состоянии (в виде серого порошка) в 1823 г. восстановлением кремнефтористого калия.

Литий, ванадий и титан

Некоторые элементы были открыты учениками Берцелиуса при его непосредственном участии и под его руководством. Так, в 1817 г. Й. А. Арфведсон открыл литий. В 1830 г. Н. Г. Сефстрём открыл ванадий. В 1831 г. Берцелиус подробно исследовал химию ванадия .

Цирконий и тантал

Помимо тория и кремния, Берцелиус впервые выделил элементные цирконий и тантал, известные ранее лишь в виде соединений.

Электрохимия

В 1802 г. вышла в свет книга Я. Берцелиуса «Трактат о гальванизме» , написанная на шведском языке.

«...То, что нейтральные соли, будучи растворенными в воде,— отмечал Берцелиус,— разлагаются под действием батареи,— известно, но не настолько, чтобы этот вопрос можно было бы изложить с уверенностью» . В первую очередь следовало выяснить, чем обусловлены явления, происходящие при прохождении тока через раствор,— разложением воды с образованием водорода и кислорода и их последующим взаимодействием с растворенными веществами или же «непосредственным» воздействием тока на последние.

«Металлы,— писал Берцелиус,— осаждаются из их солей в кристаллической форме у водородной проволоки (т. е. у катода.— Авт.). Это осаждение является результатом действия не только использованных проводников, но и водорода, который при этом испытывает химическое превращение, так как он может восстанавливаться на наиболее окисляемых металлах, например цинке, или выделяться на золоте или платине. Однако указанное действие мы можем приписать не только водороду, так как в наших опытах осаждаются и те металлы, которые вне электрической цепи восстанавливаются лишь частично, как, например, железо, или которые при обычной температуре разлагают воду».

Указанные обстоятельства, по мнению Берцелиуса, свидетельствовали о том, что в электрических процессах раскрываются общие для всех соединений свойства сил химического сродства. Как и большинство его современников, Берцелиус, по крайней мере в ранних своих работах, рассматривал электричество как некую субстанцию, наделенную способностью вступать в «химическое соединение» (chemiska sammansattninger) с другими телами, из которых при соответствующем изменении условий оно может вновь «выделяться».

Среди свойств электричества Берцелиус особо выделял его способность вступать во взаимодействие с веществом, в что, по его мнению, можно было уподобить взаимодействию химических соединений. В свою очередь, взгляды с Берцелиуса на химическое взаимодействие сформировались под сильным влиянием учения К. Бертолле о действий масс. По мнению французского химика, силы химического сродства тождественны ньютоновским силам всемирного тяготения. При образовании соединения силы сродства уравновешиваются.

В 1806—1807 гг. появились две работы Я. Берцелиуса, посвященные природе гальванического электричества и его воздействию на химические процессы, происходящие в батарее. В первой из них ученый предложил использовать различные индикаторные бумаги «как электроско- пическое средство». Влажная лакмусовая бумага или бумага, пропитанная другими веществами растительного происхождения, помещалась на цинковую и медную пластины батареи. Наблюдая изменение окраски индикаторов до и после замыкания цепи, Берцелиус пришел к выводу, что именно химические процессы, в частности различная способность металлов окисляться па воздухе, а также их различное отношение к раствору, являются «главной причиной электрического заряда в батарее».

Катализ

При составлении «Ежегодных сообщений» Я. Берцелиус еще в 1820-е годы обратил внимание на работы К. С. Кирхгофа, Г. Дэви, Тенара, И. Деберейнера, в которых описывались процессы, «в высшей степени странные и стоящие в противоречии с обыкновенными химическими явлениями». Своеобразие этих процессов заключалось в том, что в присутствии платины происходило разложение перекиси водорода, платиновая губка при обыкновенной температуре зажигала гремучий газ. В 1824 г. в 4-м выпуске «Ежегодных сообщений» Берцелиус впервые в осторожной форме высказал предположение, что эти явления требуют особого объяснения, которого он пока не в силах дать .

Умелой рукой систематика Берцелиус объединил своеобразные контактные действия платины с такими же своеобразными действиями ферментов, установив между ними аналогию.

В 1836 г. появилась статья Берцелиуса «Некоторые соображения о до сих пор еще не познанной силе, действующей при образовании органических соединений в живой природе».

Загадка странных процессов заключалась в том, что вещества, вызывающие химическое превращение, сами при этом оставались неизменными. На примере открытого Кирхгофом в 1811 г. превращения крахмала в сахар под влиянием разбавленной серной кислоты Берцелиус убедился, что в этом процессе не происходит «нейтрализации электрических отношений» участвующих компонентов реакции. Если в этих процессах не участвуют силы химического сродства, то, по мнению Берцелиуса, вещество обладает «внутренне присущей ему силой», природу которой предстояло выяснить. Сказать о существовании неизвестной «новой силы» — еще не значило объяснить загадочный круг явлений. Чтобы сразу снять недоумение, Берцелиус поясняет: «Если я называю ее новой силой, то ни в коем случае у меня не является мысли объявить ее состояние независимым от электрохимических соотношений материи; наоборот, я могу предположить, что она является одним из их проявлений.

Далее Берцелиус поясняет причину действия «каталитически активных тел». «Каталитическая сила, кажется, собственно заключается в том, что благодаря одному ее присутствию, а не благодаря ее сродству могут пробуждаться дремлющие при этой температуре сродства, а вследствие влияния последних элементов сложного тела перегруппировываются в другие соотношения». Это общее положение предстояло конкретизировать. В качестве программы для будущих исследований ученый выдвигает такой вопрос: «Могут ли неодинаковым образом катализированные тела вызвать у некоторого сложного тела различные каталитические продукты?»

С присущей ему проницательностью Берцелиус подметил аналогиюв действии катализаторов как в процессах, совершающихся в неорганической природе, так и в органической. Не без основания Берцелиус искал в каталитических явлениях ключ для объяснения природы сложных боихимических процессов, происходящих и в растениях, и в организмах животных. Вот почему он указывал на жизненно важную роль катализа в органической природе. Берцелиус считал, что каталитической силе предоставлена здесь более широкая деятельность, чем в химических явлениях неорганического мира. Эта сила, по его словам, должна играть в природе роль, гораздо более важную, чем до сего времени смели думать. «Мы убедились на опыте, - подчеркивал Берцелиус, - что превращение сахара в углекислоту и спирт, которое совершается при брожении под влиянием нерастворимого тела, известного под названием «фермент», не может быть объяснено действием, подобным двойному разложению между сахаром и ферментом. Но при сравнении с известными в неорганической природе отношениями оно ни с одним из них не обнаруживает такого большого сходства, как с разложением перекиси водорода под влиянием платины, серебра и фибрина. Являлось весьма естественным предположить для фермента аналогичное действие». Таковы были основные положения, высказанные Берцелиусом. Можно с уверенностью сказать, что в 1835 г. Открылась новая страница в учении о катализе. После работ Берцелиуса каталитические реакции стали важным объектом для изучения механизмов химических реакций.

Органическая химия

Предпосылки для возникновения органической химии как самостоятельной науки возникли в конце XVIII в. главным образом в результате работ А. Лавуазье.

К началу научной деятельности Я. Берцелиуса предметом исследования органической химии являлись тела растительного и животного происхождения, так называемые «организованные тела», в отличие от «неорганизованных тел» минерального происхождения.

В 1806 г. понятие «органическая химия» впервые появляется в двухтомном учебнике Берцелиуса по животной химии. «Та часть физиологии,—писал Берцелиус,— которая описывает состав живых тел с протекающими в них химическими процессами, называется органической химией...»

Когда Берцелиус приступил к изучению органических веществ, он столкнулся с большими трудностями. Если в неорганической химии к началу XIX в. накопился уже значительный экспериментальный материал и довольно прочно вошла в науку кислородная теория Лавуазье, то химия растительных и животных тел представляла собой собрание разрозненных фактов, иногда совершенно ошибочных.

Берцелиус предложил для элементного анализа органических веществ, не содержащих азота, специальный аппарат, который позволял поглощать не только углекислоту, но и образующуюся при сгорании воду. Для этой цели он применял хлоркальциевую трубку. Кроме того, oн добился медленного сжигания органических веществ, добавив к бертолетовой соли поваренную. Базируясь на своих собственных работах, а также на работах своих предшественников — Гей-Люссака и Тенара, Берцелиус попытался приложить стехиометрические законы к органическим веществам. Однако в самом начале своих исследований он столкнулся с большими трудностями. Казалось, что закон кратных отношений никак не приложим к «организованным телам».

В 1810 г. Берцелиус опубликовал работу «Опыт установления кратных и простых отношений, в которых соединены друг с другом составные части неорганической природы". В 1814 г. Берцелиус, используя разработанную им методику, установил правильный состав бензойной (6Н+ +7С+20) и галловой (6Н+6С+30) кислот.

Затем он провел анализ ряда других кислот и вывел для них химические формулы.

В 1817 г. Берцелиус установил, что оловянная кислота, полученная из хлористого олова, по своему составу тождественна оловянной кислоте, которая получается окислением олова азотной кислотой. Это было первое наблюдение, приведшее впоследствии к понятию изомерии.

Анализируя результаты исследований Ю. Либихом солей гремучей кислоты и Ф. Вёлером солей циановой кислоты (1822—1823 гг.), Берцелиус блестяще обобщил их данные и показал, что химические соединения одинакового состава могут обладать различными свойствами.

Когда в органической химии оправдались стехиометрические законы и законы химической атомистики, тогда естественно было предположить, что в органической химии, так же как в неорганической, есть свои «элементы»— радикалы.

Под сложным радикалом Берцелиус понимал атомные группы, способные переходить из одного соединения в другое без изменения и соединяться с различными элементами как одно целое. В растительных веществах радикал обычно образован из углерода и водорода, в животных же — из углерода, водорода и азота.В 1839 г. Берцелиус опубликовал статью «О некоторых текущих вопросах органической химии» , в которой была изложена сущность теории сложных радикалов. Здесь Берцелиус подробно говорил о природе сложных радикалов и считал, что они могут быть как двойными, так и тройными. Первые состоят либо из углерода и водорода, либо из углерода и азота, вторые — из комбинации этих элементов, но так, что не нарушаются основы электрохимического дуализма органических соединений. Кислород и сера не могут быть составными частями органических радикалов. Н В этой статье Берцелиус уже не придавал сложным радикалам того абсолютного значения, какое он приписывал им раньше.

В 1843 г. Берцелиус предложил гипотезу парных соединений, согласно которой кислоты представлялись соединениями щавелевой кислоты с углеводородами. Это ошибочная гипотеза — последняя попытка шведского ученого спасти дуалистические представления в органической химии и согласовать их с явлением металепсии.

Литературная деятельность

Над «Учебником химии» Берцелиус работал в течение почти всей своей творческой жизни. Он начал его в 1806-1808 гг. и закончил перед самой смертью. При каждом новом издании Берцелиус переделывал, исправлял учебник, вносил новые факты и обсуждал их с новых позиций. Первый том посвящён общим теоретическим вопросам химии, второй и третий – металлам и солям соответственно, четвертый – общим вопросам органической химии, в пятом были рассмотрены алкалоиды и другие органические вещества.

Другой учебник Берцелиуса «Руководство по органической химии» вышло в свет в 1827 г.

на шведском и немецком языках. В нем был систематизирован большой фактический материал и изложены взгляды автора на природу и причины образования органического вещества. За 26 лет(1821-1847) Берцелиус издал 27 выпусков «Ежегодных сообщений», каждый из которых представлял собой объёмистый том, содержащий иногда 800 страниц печатного текста. «Ежегодники» Берцелиуса явились не только первым периодическим изданием, в котором не только обобщались все экспериментальные и теоретические достижения химиков всех стран, но и устанавливались между ними тесные научные связи.

Берцелиус воспитал таких химиков. как П. А. Арфведсон. Н. Г. Сефстрём. К. Г. Мозандер. Его непосредственными учениками были известные немецкие ученые — Генрих и Густав Розе. X. Г. Гмелин. Ф. Вёлер. Э. Митчерлих, Г. Магнус, швейпарскпй химик Ф. Плантамур. Из русских ученых в лаборатории Берцелиуса работали Г. И. Гесс, Ю. Ф. Фрицше. Г. В. Струве п др. Для учеников, которые работали в его лаборатории, он был учителем, вникавшим во все подробности жизни своих подопечных.

БЕРЦЕЛИУС, ЙЁНС ЯКОБ (Berzelius, Jöns Jakob) (1779–1848), шведский химик. Родился 20 августа 1779 близ Линикёпинга на юге Швеции. По окончании гимназии поступил в Упсальский университет. В 1804 получил степень доктора медицины и занял должность адъюнкта медицины и фармации в Стокгольмском университете. В 1807 стал профессором этого университета, а с 1810 – профессором химии Медико-хирургического института св. Каролины. В 1832 оставил кафедру в институте и занялся составлением учебников и обзоров по химии.

Берцелиус провел большое количество исследований, заложивших основы многих разделов современной химии. В течение 1808–1812 он получил новые доказательства закона кратных отношений, ранее предложенного Дж.Дальтоном, и связал атомистическую теорию с обширными и разнообразными химическими фактами. В результате длительных исследований разнообразных солей, оснований и окислов Берцелиус пришел к выводу, что в солях существуют простые и постоянные отношения между атомами кислорода основания и атомами кислорода кислоты. В 1814 он опубликовал таблицу атомных масс 41 простого вещества, выбрав в качестве единицы сравнения кислород, атомную массу которого он приравнял к 100, а в 1818 полностью изложил свою теорию пропорций. К этому времени он определил атомные массы 46 элементов и установил процентный состав 2000 соединений. Результаты Берцелиуса, несмотря на несовршенство его аналитических методов, были во многих случаях близки к современным. С его работами по атомистике связано введение простой и понятной системы химических символов: для обозначения элемента им была принята первая буква его латинского или греческого названия, иногда за ней следовала еще одна буква; для указания числа атомов использовались алгебраические индексы. Берцелиус внес изменения в химическую номенклатуру, построив ее на латинском языке и введя для разных классов соединений соответствующие приставки, суффиксы и окончания. Переведенная на многие языки, она послужила основой для современной химической номенклатуры.

Берцелиус известен также своими исследованиями в области электрохимии. В 1803 появилась его работа по электролизу (она была выполнена совместно с В.Гизингером), в 1812 – по электрохимической классификации элементов, а в 1818 была сформулирована электрохимическая теория. В основе теории лежало предположение о полярном строении атомов: считалось, что электрические заряды обоих знаков присутствуют на атомах до их соприкосновения (в отличие от Г.Дэви, который полагал, что атомы электризуются при контакте). По роду преобладающего на атомах заряда Берцелиус разграничил электроотрицательные и электроположительные элементы и разделил известные в то время 56 элементов на два класса, исходя из свойств образуемых ими соединений с наиболее электроотрицательным элементом – кислородом. Таким образом был получен электрохимический ряд элементов и подразделение на металлы и металлоиды. Электрохимическая теория легла в основу дуалистической системы, созданной Берцелиусом для установления рациональных формул химических соединений. Опираясь на данные, полученные при электролизе разных растворов солей, Берцелиус принял, что все соли содержат основание и кислоту. Это учение стимулировало многочисленные исследования, но, предполагая существование только кислородных кислот, оказалось несостоятельным в применении к органическим соединениям. Сам термин «органическая химия» тоже введен Берцелиусом (1806). В 1811 он начал систематические исследования элементного состава органических соединений, в 1815 вывел формулы уксусной, янтарной, винной и т.д. кислот. Изучая в 1830 виноградную кислоту, обнаружил, что по составу она идентична винной и предложил объяснять различия их свойств неодинаковым расположением атомов. Для описания этого феномена предложил термин «изомерия». Помимо этого, Берцелиус ввел такие важные понятия, как катализ и аллотропия.

Обширная деятельность Берцелиуса включала также исследования по аналитической и неорганической химии, работы по минералогии. Он провел систематические исследования состава многих руд, предложил химическую классификацию минералов. Как автора новой минералогической системы Лондонское королевское общество наградило его в 1836 медалью Копли. Он разработал новые методы качественного (проба на мышьяк) и количественного анализа, усовершенствовал многие приборы и создал новые. Неорганическая химия обязана Берцелиусу открытием многих элементов: церия (1803), селена (1817), кремния (1824), циркония (1824), тантала (1825), ванадия (1830).

В 1808 Берцелиус стал членом Шведской академии наук, в 1810 – ее президентом, а в 1818 – непременным секретарем. В 1818 был посвящен в рыцари, в 1835 ему был пожалован титул барона.

Умер Берцелиус в Стокгольме 7 августа 1848.

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 1484; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!