元素光谱是谁发明的（化学元素是谁发明的）

admin 发明家 2023-01-15 40 0 元素光谱是谁发明的

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文章目录：

1、光谱仪是干什么的？它是谁发明的？
2、光谱是如何被发现的呢？
3、本森和基尔霍夫在化学科学事业上做出了什么贡献？
4、谁发明了第一台光谱分析仪

光谱仪是干什么的？它是谁发明的？

著名的英国科学家牛顿在1666年用三棱镜观察光谱，可以说是最早的光谱实验。此后不少科学家从事光谱学方面的研究。1800年，英国天文学家赫歇尔测量太阳光谱中各部分的热效应，在世界上首次发现了红外线。1801年里特发现了紫外线。1802年沃拉斯顿观察到太阳光谱的不连续性，发现中间有多条黑线，这本来是很重要的发现，他却误认为是颜色的分界线。1803年英国物理学家托马斯?杨进行了光的干涉的实验，第一次提供了测定波长的方法。

德国物理学家夫艰和费，重新发现和编绘的太阳光谱图，内有多条黑线（700多条），并对其中的重要黑线用从A到H等字母标记（人称“夫浪和费钱”），这些黑线后来成为比较不同玻璃材料色散率的标准。这些成果在1814年至1815年间陆续发表。夫琅和费还发明了衍射光栅。开始他用银丝缠在两根螺杆上，做成光栅。后来建造了刻纹机，用金钢石在玻璃上刻痕，做戍透射光栅。

光谱分析的应用研究是从基尔霍夫和本生开始的。本生是德国汉堡的化学教授，他发明了本生灯，对各种物质在高温火焰中发生的变化很有研究。基尔霍夫是汉堡的物理学教授，对光学仪器很熟悉。他们两位合作制成了第一台棱镜光谱仪（分光镜）。该仪器利用了牛顿1666年首创技术，使光通过三棱镜，展开成为一道彩虹光带（光谱）。他们用透镜把物质在本生灯燃烧时发出的光线集成一束平行光，通过一条窄缝，再通过三棱镜，用望远镜放大观察所成的光谱。

基尔霍夫和本生发现，每种化学元素燃烧时发出的火焰都有独特的颜色，可以据此加以鉴别。1860年及1861年他们用光谱仪发现绝和林。此后借助光谱分析方法，克鲁克斯1861年发现了钻，里奇 1863年发现了锢，波依斯邦德朗 1875年发现了铸。他们还利用这种方法研究日光，发现地球上许多元素太阳上也有。1868年法国天文学家詹森和英国天文学家罗克耶分别用光谱法发现了当时地球上还没有发现的一种元素，他们认为这是太阳大气中特有的元素，取名氦，即“太阳”的意思。这样光谱方法也应用到了天文学方面。

光谱研究工作急速的发展，也出现了新的问题，主要问题之一是缺乏足够精度的波长标准，致使观测结果混乱，无法相互交流。

1868年，埃斯特朗发表“标准太阳光谱”图表，记有上千条夫浪和费线的小波长，以10－8厘米为单位，精确到6位数，为光谱工作者提供了极其有用的资料。为纪念他的功绩，10－8厘米后来就命名为埃斯特朗单位，简写作埃。十几年后被更为精确的罗兰数据表所代替。

现代光谱仪不用三棱镜而用衍射光栅，这是一种上面刻有千条线的板，把光分开，然后把光谱拍摄或记录下来。再用电子仪器进行分析。

光谱仪广泛应用于冶金、地质、环境等各领域。

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光谱是如何被发现的呢？

光谱的发现与证明

对光的速度的测量是技术的大发展，但是这最重要的技术不是因为对光速度的研究，而是对光颜色的研究。

牛顿通过光通过棱镜的情形来观察光的性质。他在把实验装置装备好时，就会在棱镜后面的屏幕上产生光谱，这是一道彩虹。所谓“红移”与“蓝移”就是根据光谱位置来说的。

牛顿发现白光并不单纯，而且白光是最不单纯的光，白光可以分成多色，多色光又可以合成白光。

约瑟夫·弗劳恩霍费尔(1787~1826年)是慕尼黑的一名磨镜师和玻璃制造工匠。他曾经设计过精密的磨床，他还改进了望远镜，并且对各种玻璃的性质十分熟悉，知道怎样加工成优质的光学仪器。

弗劳恩霍费尔比较各种玻璃的光折射，让日光通过用单种玻璃做的棱镜，但他发现，由于光谱的颜色密集在一个较小的范围内，一开始就做出精密比较是不可能的。所以弗劳恩霍费尔拟定了方案，依靠这个方案进一步扩展光谱。

结果，弗劳恩霍费尔线诞生了。

太阳光谱的颜色不是没有间隙的和连续的，从光谱上看到的是无规则地有窄谱线分布。这就是弗劳恩霍费尔线。

弗劳恩霍费尔认为，“这些谱线证明被分解的白色日光的成分，并非是由不同折射力的连续光谱组成，而且证明光来自一定的颜色层次，因此暗线是光谱中的间隙，这些间隙与缺少的光相应，假使这个光谱每次都是由日光通过同一材料制作的棱镜产生的话，这些谱线就会始终处在光谱的同一部分，次序和位置相同，密度和明暗相同。如果材料不同，数量、次序、明暗度也没有变化，但是谱线之间的相互距离却有不同”。

人们历来都认为太阳与其他恒星是同一光种，但弗劳恩霍弗尔发现恒星光谱与太阳光谱不同。

这下引发了一项重要研究，即光谱分析。光谱分析是19世纪的重大科学成就，由于光谱分析，使得化学家可以指出微小元素的情况，而天文学家也开始走向天文物理。至于冶金、工程等方面，也可以精密地确定出微量物质从而断定质量与事故。

当时人们利用的是元素、原子与光的关系，而为什么它们能保持发光并且颜色各不相同呢?19世纪的人们是不知道的，这是原子物理学的范围了。

今天实验室里的“本生灯”，是科学家本生发明的一项技术性工具，是一种有充分空气供应的煤气灯。由于空气供应很充分，这种火焰几乎没有颜色，而且热量很高，十分有助于观察颜色。

德国的化学家本生(1811~1899年)与他的同事克希霍夫(1824~1887年)利用这种灯研究了很多元素的燃烧发光。

他们用铂金丝将各种盐类慢慢靠近火焰，就可以观察到盐类上燃烧的蒸气光谱。“我们面前的这些现象，属于人造的最辉煌的光学现象。现在我们只看到与燃烧的盐相应的光谱，这种光谱以最大的光泽出现，而在以前的实验中，光谱的最大特点被酒精光所遮蔽”。

本生与克希霍夫断定金属有其特殊的焰色反应。为了进一步使不易熔解的金属化合物呈现焰色反应，他们二人还利用了电火花，因为电火花提供的火光很强。

白炽的固体光谱是连续的。由于元素的光谱与其含在哪种化合物中无关，那么检验某种元素的一种好方法就是焰色反应。在检验中，一种化合物的各种元素的光谱不会相互干扰或影响。但主要的是，本生和克希霍夫提供的验证方法显示了极大的灵敏度。本生描述说，在一次实验中，三百万分之一毫克的钠已经足够获得一个清晰的光谱了。

运用光谱分析，人们不久发现了在研究中一直被忽视了的一些化学元素，因为它们只是出现在极微量的分布中。像铷和铯，就是本生通过焰色发现的。后来通过光谱，又发现了铟、镓、钪的存在。未知化合物的成分也可以通过光谱分析确定。

弗劳恩霍费尔曾经观察到，太阳光谱的两条暗线刚好处在实验室实验中钠光谱的明线位置上。莱昂·富科和本生以及克希霍夫是这样解释的：如果亮光落在较不亮的钠蒸气上，那么就会出现“钠线的逆变”。光谱中，原来明线的位置到现在比其余部分暗。使用相应的实验方法，其他化学元素的光谱线也有同样的情况。

其原因是什么呢?

发光的气体和蒸气吸收它们自己放射的颜色。除了发光体的光引起的发射光谱外，还有吸收光谱。光通过发光的气体和蒸气时，就产生了吸收光谱。这时，吸收光谱在某种程度上就是发射光谱的“反面”。吸收光谱中属于某一元素的暗线所处的位置，恰好是没有吸收时发射光谱的明线所处的位置。

本森和基尔霍夫在化学科学事业上做出了什么贡献？

用光谱分析的方法在化学新元素的发现中作出了杰出贡献的是一对非常要好的朋友：本森和基尔霍夫。

本森是一位化学家，基尔霍夫却是一位物理学家，他们两个人都是德国人，都在德国的海德尔堡大学教学，而且还是一对非常要好的朋友。本森身材高大，体态魁伟，基尔霍夫却身材矮小，只有他的大个子朋友的一半。本森沉默少言，很难得说句话，而基尔霍夫呢，则是有名的贫嘴。他妈从小就叫他“小尤丽娅”，就因为他长得又小、又矮、又爱说，像个小女孩子。人们无法想像他们两个人怎么会成为一对形影不离的好朋友。

其实，这一对好朋友的关系很简单，基尔霍夫是个学者，除去科学，什么也不想知道，而本森呢，为了自己的科学事业一辈子连婚也没顾上结，这是两个把自己完全献给了科学事业的科学家。他们每天在一起讨论着他们共同关心的东西，他们怎么能不成为好朋友呢?

本森曾经发明过一种煤气灯，今天这种灯的名字就叫本森灯。他在玩他的本森灯的时候，发现在灯上燃烧的物质不同，产生出来的火焰的颜色也不同。他想：如果能用火焰的不同颜色区分化学元素多么省事啊。于是他就开始了这方面的实验。

本森在实验中发现：钠这种元素在我们这个地球上几乎无处不在，许多物质都含有钠，而且钠在燃烧时发出的光很强、很亮，总是掩盖了其它颜色。在对物质进燃烧时，很难区分不同的元素，所以他感到很困惑。在一次散步的时候，本森就把自己遇到的困难告诉了好朋友基尔霍夫，基尔霍夫非常爱说，而光学又正好在他的物理学研究范围之内。他马上作出了回答说：“这太好办了，你不会看光谱吗?”于是便滔滔不绝地向本森讲开了光和光谱的知识。

在这次谈话以后，两个好朋友努力合作揭开了化学科学光辉的一页，他们用光谱分析的方法取得了许多世界第一流的发现。

基尔霍夫所说的光谱，就是牛顿在乡下和他的小妹妹用三棱镜分解出来的那道美丽的彩虹。牛顿得到的光谱是太阳光谱，由赤、橙、黄、绿、青、兰、紫七种原色组成的。由于不同的元素燃烧时会产生不同的光谱，于是这一对好朋友就开始用光谱分析的方法去寻找新的未知元素了。

用光谱分析有个最大的好处，无论钠在燃烧时发出的光多么强、多么明亮，在光谱上只是相应的彩带宽了一些，却掩盖不了其它元素的光谱了。因此，只要在对某种物质燃烧时发现了新的光谱线，那么，这种物质中就一定含有新的元素了。于是，两个好朋友就用一盏本森灯开始了他们的科学新发现。

他们两个不断地把不同的东西投入本森灯的火焰之中，然后用三棱镜对他们燃烧时产生的光谱进行分解，从1860年4月—11月，基尔霍夫和本森两个人发现好多种新的化学元素，当他们发现铯和铷的时候，人类已经知道了59种元素了。

对科学来说，更重要的是，这两位科学家把这种方法从地上扩大到了太空。用光谱分析法分析了天体的元素成份。

基尔霍夫和本森的研究起源于一个名叫夫琅和费的科学家。

早在1814年，德国光学家夫琅和费为了检验他的光学仪器，研究了许多种灯的光谱，想找一种光线为单色光的理想光源。光源没有找到，这位先生却发现了许多有趣的现象。其中最为重要的就是发现了以他的名字命名的夫琅和费线。

夫琅和费进行研究时也是用的牛顿的方法。像牛顿一样，他也钻进了一间黑屋子，只留了一条狭缝让阳光照进去。

第一次，夫琅和费在狭缝跟前摆了一盏油灯，他通过三棱镜看到的是有两条大小和狭缝相等的极其明亮的黄线，并排出现在那条彩色的光谱带上，这就是钠的光谱线。

第二次，夫琅和费把油灯换成了日光，他发现黄线不见了，变成了两条宽窄相同的黑线。

这引起了他极大的好奇，当他在太阳光的谱带上仔细寻找时，发现在太阳的光谱上有许多条横断在上面的黑线，他数了数一共有500多条，截断了太阳光谱，使彩虹变成了断断续续的。这就是著名的夫琅和费线。但是，许多年来，谁也弄不清这些夫琅和费线是哪儿来的。

霍尔基夫认为钠的光谱和太阳光谱中的双黑线总是占着同一位置，这绝不是偶然的。于是他进行了一个实验：他在把本森灯放在狭缝上的同时，让日光也照了进去，他要看一看这两种光谱重叠的现象。当太阳光的强度调得较弱时(用毛玻璃挡住口)，夫琅和费线的双黑线就变成了两条明亮的纳谱线，当太阳光稍强时，黄色的纳谱线消失了，再现了那两条黑色的夫琅和费线。然后，他用石灰灯光代替阳光继续观察，他发现只要把一个含钠的灯焰放在石灰灯前，就会出现那两条黑色的夫琅和费线了。

两个好朋友终于明白了，因为含钠的灯焰吸收了石灰灯发出的钠光谱，所以才出现了夫琅和费线，那么在太阳上，也一定是纳蒸气吸收了阳光中的钠谱线才出现的夫琅和费线。这充分说明了太阳里含有钠，那么，那500多条夫琅和费线也一定和其它相应的元素谱线相对应了。

一个新的、意义深远的工作开始了。

本森和基尔霍夫首先在铁的谱线上找到了60条各种颜色的线与太阳光的谱线完全相合。紧接着，用同样的方法——通过元素的谱线与夫琅和费线对比的方法，这两位科学家查明了太阳上的30多种元素与地球上的元素基本上是一致的。

这个惊人的消息立刻传遍了整个科学界，震动了全球。到了这个时候，在科学面前，连太阳也失去了神秘性。紧接着，所有的天体的神秘性也逐渐消失了。亚里士多德月上界，月下界的划分，在科学面前，在更深的认识层次上被彻底地推翻了。

由于本森和基尔霍夫的巨大成功，许多科学家也纷纷把各种物质送进火焰中去烧，并且使用这种新的方法去寻找新的元素了。

1861年，英国科学家克鲁克斯发现了铊；

1863年，德国科学家利赫杰尔发现了铟：

1868年，法国让逊和英国洛克发现了氦；

1875年，法国科学家列科克?布阿博德朗发现了镓；

1879年，瑞典化学家拉尔斯?弗勒德里?尼里逊发现了钪；

1885年，德国化学家温克勒发现了锗。

这最后面的三种元素的发现，非常有意思，因为他们都是由一个伟大的预言家，在发现之前早已预言过的。而且这个预言者甚至指出了这些新元素的发现者测定的比重和原子量上的错误，在整个科学界引起了极大的震动。