Открытие химических элементов и происхождение их названий

Содержание.

1. Введение.
2. Основные этапы открытий химических элементов.
3. Принципы наименования химических элементов.
4. Краткая история открытия некоторых основных химических элементов.

• Азот
• Водород
• Кислород
• Углерод

5. Заключение.

6. Список используемой литературы.

Введение.

    История открытия химических элементов и  изучение их соединений занимает важнейшее  место в истории химии. Действительно, открытие новых элементов на каждом историческом этапе тесно связано с успехами и достижениями теоретической и экспериментальной химии и особенно с появлением новых методов исследования. С другой стороны, состояние и развитие химических знаний в те или иные исторические эпохи определялись, помимо потребностей производства и самой науки, кругом используемых веществ и составляющих их элементов.

    Большинство известных в настоящее время элементов было открыто в течение последних 200 лет, т. е. в эпоху формирования современной химии. Начало этой эпохи ознаменовалось наступлением «химико-аналитического» периода в развитии химии, разработкой классических методов химического анализа и крупными экспериментальными открытиями. В течение химико-аналитического периода произошла химическая революция, и были установлены основополагающие химические законы. В течение 100-летнего химико-аналитического периода было открыто более 40 элементов.

    Развитие  химии во второй половине XIX в. проходило под знаменем атомно-молекулярного учения. Огромную, ни с чем не сравнимую роль в истории открытия новых элементов сыграл периодический закон Д. И. Менделеева, ставший путеводной звездой при поисках и исследованиях новых элементов.

Основные  этапы открытий химических элементов.

    Рассматривая  в хронологическом порядке историю  открытия всех известных в настоящее  время элементов, можно заметить, что подавляющее большинство их открыто за последние 200 лет. На протяжении нескольких предшествующих тысячелетий развития химии были известны лишь немногие элементарные вещества. Да и то до конца XVIII в., до возникновения антифлогистической химии, их считали не элементами, а сложными веществами.

    В истории открытия элементов, как  и в истории науки вообще, отчетливо  отражается теснейшая связь отдельных  открытий с возникновением и внедрением в практику новых методов исследования. В свою очередь появление новых  методов на каждом этапе исторического развития, как известно, связано с уровнем развития производительных сил, с возможностями, предоставляемыми исследователям техникой и наукой. Здесь уместно вспомнить слова Маркса, сказанные по этому поводу: «Человечество ставит себе всегда такие задачи, которые оно может решить, так как при ближайшем рассмотрении всегда окажется, что сама задача только тогда выдвигается, когда уже существуют или, по крайней мере, находятся в процессе возникновения материальные условия, необходимые для её разрешения».

    Таким образом, исторически правильно основные этапы открытия элементов наметить лишь на фоне общего процесса развития химии (и вообще науки и техники) и прежде всего в тесной связи с появлением и внедрением в практику новых методов исследования.

    Под открытием элемента следует понимать не только получение (выделение) в свободном состоянии простого тела, но и установление существование его в каких-либо соединениях химическим или физическим путем. Естественно, что это определение применимо лишь к открытию элементов начиная со второй половины XVIII в. Оно не может быть распространено на более ранние этапы, когда соединения, содержащие ещё неизвестные элементы, не могли быть изучены с точки зрения их состава. Например, древнеегипетские ремесленники хорошо знали и широко пользовались многими соединениями – содой, поваренной солью, квасцами и т. д., не подозревая наличия в составе этих соединений тех или иных элементов. Поэтому нельзя говорить об открытии алюминия в древности, несмотря на знакомство древних с алюминиевыми квасцами.

    С этой точки зрения возможно наметить следующие хронологические этапы  открытия элементов:

1. Элементы, с которыми человечество познакомилось в древности и в начале средних веков (IV тысячелетие до н. э.- 1200 г.). К ним относятся семь металлов древности – золото, серебро, медь, свинец, олово, железо, ртуть, а также сера и углерод, встречающиеся в природе в свободном состоянии.
2. Элементы, существование которых установлено в алхимическом периоде (1200-1700). Они были выделены либо в процессе алхимических поисков, либо при изучении и переработке руд ремесленниками-металлургами. Это – мышьяк, сурьма, висмут, цинк, фосфор.
3. Элементы, полученные в результате изучения особенностей состава и переработке металлургических руд в первой половине XVIII в. (1700-1751): платина, кобальт, никель.
4. Элементы, открытые путем химического анализа (главным образом качественного и количественного) на первом этапе химико-аналитического периода развития химии (1760-1805), но не выделенные еще в свободном состоянии: магний, кальций, (установлено различие между известью и магнезией), марганец, барий (барит), молибден, вольфрам, теллур, уран (окисел), цирконий (земля), стронций (земля), титан (окислы), хром, бериллий (окисел), иттрий (земля), тантал (земля), церий (земля), фтор (плавиковая кислота), палладий, родий, осмий и иридий.
5. Газообразные элементы, открытые и изученные в эпоху пневматической химии (1760-1780): водород (известный ранее под именем «горючего воздуха»), азот, кислород, хлор (считавшийся до 1809 г. соединением окисленной соляной кислоты).
6. Элементы, впервые полученные в свободном состоянии путем электролиза окислов с помощью вольтова столба, а затем выделенные химическим путем (1807-1810): калий, натрий, кальций, стронций, барий, магний.
7. Элементы, открытые в течение второго этапа химико-аналитического периода развития химии путем количественного анализа состава минералов и солей (1805-1850): бор, литий, кадмий ,селен, кремний, бром, алюминий, йод, торий, ванадий, лантан (земля), эрбий (земля), тербий (земля), рутений, ниобий.
8. Элементы, открытые с помощью спектрального анализа (1860-1863): цезий, рубидий, таллий, индий.
9. Элементы, предвиденные Менделеевым на основании периодического закона и открытые в точном соответствии с его предсказываниями (1875-1886): галлий, скандий, германий.
10. Элементы группы инертных газов, открытые с применением физических и химических методов (1869-1896): гелий, аргон, неон, криптон и ксенон.
11. Элементы редких земель, открытые и изученные с применением широкого круга методов физико-химического исследования, особенно методов разделения весьма близких по свойствам соединений (1794-1948): лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, гольмий, эрбий, тулий, иттрий, иттербий, диспрозий, лютеций.
12. Радиоактивные элементы, открытые в связи с исследованием явления радиоактивности в конце XIX- начале XX в.: радий, полоний, актиний, радон, протактиний, а также многочисленные радиоактивные изотопы, в том числе мезоторий, радиоторий, ионий и др.
13. Рассеянные и неустойчивые элементы, открытые и искусственно синтезированные в результате специальных поисков недостающих в периодической системе элементов (1920-1953): гафний, рений, технеций, астат, франций, прометий.
14. Трансурановые элементы, составляющие группу, подобную лантаноидам (элементы редких земель), синтезированные методом ядерных превращений (1940-1960): нептуний, плутоний, америций, берклий, калифорний, кюрий, эйнштейний, лоуренсий, фермий, нобелий, менделевий.
15. Сверхтяжелые неустойчивые элементы, не входящие в группу трансурановых и синтезированные методом ядерных превращений (1964): курчатовий.

    Таким образом, элементы в каждой из этих 15-ти групп объединены не только по признаку времени открытия, но и  по методам открытия. Некоторые условности в распределении элементов по группам связаны главным образом с особенностями истории их открытия, в частности с «повторными» открытиями.  

     Принципы наименования химических элементов.

    В наши дни все элементы носят международные  латинизированные названия. Правда, существуют традиционные названия некоторых, обычно известных с глубокой древности элементов, применяемые в отдельных странах. Происхождение этих названий весьма различно. Некоторые из них тесно связаны с историей, в частности со способом открытия того или иного элемента. Иногда же в названиях нашли отражение первые впечатления автора открытия о важнейших свойствах нового элемента или даже его чувства – патриотические, сугубо личные, честолюбивые и т. п.

    Большая часть названий элементов предложена авторами открытий – учеными разных стран – немедленно же после установления факта существования нового элемента и первоначального изучения его свойств. Многие из таких первоначальных названий, не удержавшиеся до наших дней, некоторое время фигурировали в литературе. Затем их изменяли оп той или иной причине: с целью унификации, по желанию отдельных ученых (например, Берцелиуса), а в последние десятилетия – по решению Международной комиссии по атомным весам. В результате этого известно много названий элементов – отвергнутых и устаревших, но отражающих в себе  историю открытия и изучения свойств элементов.

    Некоторые авторы открытий элементов и исследователи их свойств (в частности, методами спектрального анализа) давали новым или предполагаемым элементам временные названия и временные символы. Известна система таких названий, предложенная Менделеевым, с использованием индексов из санскритского языка, «эка», «дви» и т. д. (например, эка-бор, эка-марганец). Подобные же временные обозначения с буквенными индексами или со штрихами использовались при открытии радиоактивных изотопов – уран-Х, радий-А и др., а также редкоземельных элементов (например, названия метаэлементов Крукса). Наконец, в литературе можно найти огромное количество названий так называемых ложнооткрытых элементов. В этих названия нередко отражались тенденции увековечения имен, понятий, географических названий и т. д.; некоторые из них (например, нептуний) предлагались несколько раз для различных элементов. Многие названия сохранили определенное историческое значение.

    Большая часть интернациональных латинизированных названий элементов происходит от древнегреческих, латинских и скандинавских слов. Остальные названия имеют основой немецкие, английские, французские, русские, датские, итальянские, финские и испанские корни. Несколько названий – смешанного происхождения и, наконец, шесть названий взяты из древних языков (помимо латинского и греческого).

      Итак, переходим к общему обзору  названий элементов по группам  и соответственно времени их  открытия.

    К первой группе относятся элементы, известные с древнейших времен: семь металлов древности и, кроме того, сера и углерод. Эти девять элементов имеют разные названия на всех языках. В древности, на многих языках эти элементы (металлы) имели по нескольку названий, употреблявшихся совместно или в различные исторические эпохи. Так, золото, серебро, медь, ртуть и другие металлы древности в арабской алхимической литературе имели множество названий, большей частью «тайных». То же самое имело место и в европейской алхимической литературе. Не анализируя все эти названия (магического и астрологического происхождения), мы упомянем далее лишь те из них, которые имеют историко-химическое значение.

    Укажем  здесь на некоторые общие тенденции  в названиях металлов в древности. Прежде всего можно отчетливо  проследить связь названий с небесными и космическими явлениями. Хорошо известно, например, что все семь металлов древности у александрийских, арабских и западноевропейских алхимиков назывались по именам планет. Золото с древнейших времен называли солнцем, серебро – луной. Названия других металлов время от времени изменялись, как это видно из следующей таблицы:

    Эти названия, как и соответствующие  им символические обозначения, восходят в глубокой древности. Партингтон показал, что названия Солнце, Луна, Венера употреблялись  вавилонянами ещё в 1600-1400 гг. до н. э. У алхимиков Западной Европы сложилась  уже прочная традиция называть и обозначать металлы по планетам. Золото (Солнце) имело символ     , серебро (Луна) –      , железо (Марс) –      , медь (Венера) –      , ртуть (Меркурий) –      ,олово (Юпитер) –      ,свинец (Сатурн) –      . Кроме того, существовали обозначения серы –      , сурьмы (антимония) –      и др.

    Другой  тенденцией следует считать создание названий по функциональному признаку, т. е. по главной функции, которая  выполняется изделиями из соответствующего металла. Такая взаимосвязь хорошо прослеживается на примере славянского названия железа. Весьма вероятно, что названия олова и свинца у славян произведены по функциональному признаку.

    Наконец, отметим древнейшие названия металлов, связанные с названиями мест их добычи. Типичным примером такого рода может служить медь (Cuprum), получившая свое имя от названия острова Кипр, или славянское слово «медь», произошедшее от греческого названия рудника – μέταλλον (металлон).

    Особняком стоят названия ртуть, сера и углерод, образовавшиеся разными путями. Возможно, что славянское слово «ртуть» возникло на основе названия «руда» - киноварь. Славянское название сера с древнейших времен употреблялось для обозначения горючих и дурно пахнущих веществ, в том числе древесной смолы и физиологических выделений. Другое обозначение серы у древних славян – жупел – имело то же самое значение. Слово уголь (и название углерод) тоже весьма древнего происхождения и связано с понятиями огня, горения и т. д. Подобные же сопоставления можно сделать для названий металлов, серы, углерода и на других языках.

    В названиях элементов, открытых или  выделенных в метеллургических процессах  в алхимический и иатрохимический  периоды, явно проявляется влияние, с одной стороны, специального языка  горняков и металлургов того периода (висмут, платина или серебрец, никель, кобальт), а с другой – открытий новых элементов давно известных соединениях или веществ со свойствами, подобными свойствам вновь открываемых элементов (мышьяк, сурьма, цинк, фосфор). Таким образом, в обоих случаях новые названия отражают влияние языка ремесленников и технологов-металлургов, что связано с довольно быстрым развитием горной и металлургической техники в том периоде.

    Лишь  с конца XVIII в. в названиях вновь открываемых элементов начинают проявляться иные тенденции, связанные прежде всего с возникновением химико-аналитического направления и с химической революцией конца XVIII в.

    Начиная со второй половины XIX в. возникли новые принципы наименования элементов. Так, предсказанные в 1871 г. Менделеевым элементы получили названия по имени стран, где они были открыты – галлий, скандий, германий. Инертные газы, за исключением аргона (недеятельный) и гелия (солнечный), получили отвлеченные названия. Некоторые радиоактивные элементы поименованы по физическим свойствам (заметим, что они открыты во Франции); полоний назван по имени страны; специфические свойства отразились в названиях астата и технеция.

    Наконец, несколько слов о названиях трансурановых  элементов. Здесь впервые нашел  широкое применение принцип наименования по именам выдающихся исследователей. Так названы кюрий, эйнштейний, фермий, менделевий, лоуренсий, нобелий и не очень давно открытый эка-гафний – курчатовий. Известны и другие названия, данные по именам исследователей, – гадолиний и самарий: однако формально эти слова образованы из названий минералов – гадолинит и самарскит. Другие два трансурановых элемента названы по старому принципу Клапрота – Берцелиуса (планетный признак) – нептуний и плутоний: остальные трансурановые элементы поименованы по географическому признаку.  

     Краткая история  открытия некоторых основных химических элементов.

    Азот.

    Азот  был открыт почти одновременно несколькими  исследователями. Кавендиш получил  азот из воздуха (1772), пропуская последний  через раскалённый уголь, а затем  через раствор щёлочи для поглощения углекислоты. Кавендиш не дал специального названия новому газу, упоминая о нем как о мефитическом воздухе (Air mephitic от лат. mephitis – удушливое или вредное испарение земли). Вскоре Пристлей установил, что если в воздухе долгое время горит свеча или находится животное (мышь), то такой воздух становится непригодным для дыхания.

    Официально  открытие азота обычно приписывается  ученику Блэка – Рутерфорду, опубликовавшему  в 1772 г. диссертацию (на степень доктора  медицины),- «О фиксируемом воздухе, называемом иначе удушливым», где впервые описаны некоторые химические свойства азота. В эти же годы Шееле получил азот из атмосферного воздуха тем же путем, что и Кавендиш. Он назвал новый газ испорченным воздухом (Verdorbene Luft). Поскольку пропускание воздуха через раскаленный уголь рассматривалось химиками-флогистиками как его флогистирование, Пристлей (1775) назвал азот флогистированным воздухом (Air phlogisticated). О флогистировании воздуха в своем опыте говорил ранее и Кавендиш.

    Лавуазье  в 1776-1777 гг. подробно исследовал состав атмосферного воздуха и установил, что 4/5 его объёма состоят из удушливого газа (Air mofette – атмосферный мофетт). Названия азота – флогистированный воздух, мефитический воздух, атмосферный мофетт, испорченный воздух и некоторые другие – употреблялись до признания в европейских странах новой химической номенклатуры, т. е. до выхода в свет известной книги «Метод химической номенклатуры» (1787).

    Составители этой книги – члены номенклатурной комиссии Парижской академии наук – Гитон де Морво, Лавуазье, Бертолле и Фуркруа. Они предлагали давать простым веществам такие названия, которые отражали бы их основные химические свойства. Слово азот, по их мнению, отражает основное свойство элемента – его непригодность для дыхания и жизни (от греч. а – отрицание и зоэ – жизнь).

    Водород.

    Как горючий (воспламеняемый) воздух водород  известен довольно. Его получали действием  кислот на металлы, наблюдали горение  и взрывы гремучего газа Парацельс, Бойль, Лемери и другие ученые XVI-XVIII вв. С распространением теории флогистона некоторые химики пытались получить водород в качестве «свободного флогистона». В диссертации Ломоносова «О металлическом блеске» описано получение водорода действием «кислотных спиртов» (например, «соляного спирта», т. е. соляной кислоты) на железо и другие металлы; русский ученый первым (1745) выдвинул гипотезу, о том что водород («горючий пар») представляет собой флогистон. Кавендиш, подробно исследовавший свойства водорода, выдвинул подобную же гипотезу в 1766 г. Он назвал водород «воспламеняемым воздухом», полученным из «металлов», и полагал, как и все флогистики, что при растворении в кислотах металл теряет свой флогистон. Лавуазье, занимавшийся в 1779 г. исследованием состава воды путем её синтеза и разложения, назвал водород Hydrogine, от греч. гидор – вода и гайноме – произвожу, рождаю. В русской химической литературе конца XVIII и начала XIX в. встречаются два рода названий водорода: флогистические (горючий газ, горючий воздух, воспламеняемый воздух, загораемый воздух) и антифлогистические (водотвор, водотворное существо, водотворный гас, водородный гас, водород). Обе группы слов представляют собой переводы французских названий водорода.

    Кислород.

    Открытие  кислорода ознаменовало начало современного периода развития химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух, однако многие века процесс горения оставался непонятным. Лишь в XVII в. Майов и Бойль независимо друг от друга высказали мысль, что в воздухе содержится некоторая субстанция, которая поддерживает горение, но эта вполне рациональная гипотеза развития тогда не получила.

    Кислород  был открыт в начале 70-х годов  XVIII в. Первое сообщение об этом открытии было сделано Пристлеем на заседании Английского королевского общества в 1775 г. Пристлей, нагревая красную окись ртути большим зажигательным стеклом, получил газ, в котором свеча горела более ярко, чем в обычном воздухе, а тлеющая лучина вспыхивала. Пристлей определил некоторые свойства нового газа и назвал его дефлогистированным воздухом. Однако двумя годами ранее Пристлея (1772) Шееле тоже получал кислород разложением окиси ртути и другими способами. Шееле назвал этот газ огненным воздухом. Сообщение о своём открытии Шееле смог сделать лишь в 1777 г. Между тем в 1775 г. Лавуазье выступил перед Парижской академией наук с сообщением, что ему удалось получить «наиболее чистую часть воздуха, который нас окружает», и описал свойства этой части воздуха. Вначале Лавуазье назвал этот «воздух» эмпирейным, жизненным. Позднее при подробном изучении его свойств и роли в процессе горения и образования окислов привело Лавуазье к неправильному выводу о том, что этот газ представляет собой кислотообразующее начало. В 1779 г. Лавуазье в соответствии с этим выводом назвал кислород Oxygine от греч. оксис – кислота и гайноме – произвожу, рождаю.

    Почти одновременное открытие кислорода  несколькими учеными в разных странах вызвало споры о приоритете. Особенно настойчиво признания себя первооткрывателем добивался Пристлей. По существу споры эти не окончились до сих пор.

    Углерод.

    Углерод в виде угля, копоти и сажи известен человечеству с незапамятных времен; около 100 тыс. лет назад, когда наши предки овладели огнем, они каждодневно имели дело с углем и сажей. Вероятно, очень рано люди познакомились и с аллотропными видоизменениями углерода – алмазом и графитом, а также с ископаемым каменным углем.

    В 1791 г. английский химик Теннант первым получил свободный углерод, он пропускал  пары фосфора над прокаленным  мелом, в результате чего образовывался  фосфат кальция и углерод.

    Лавуазье  поставил опыт по сжиганию алмаза с  помощью большой зажигательной  машины и пришёл к выводу, что  алмаз представляет собой кристаллический  углерод. Второй аллотроп углерода –  графит в алхимическом периоде считался видоизмененным свинцовым блеском и назывался plumbago; только в 1740 г. Потт обнаружил отсутствие в графите какой-либо примеси свинца. Шееле исследовал графит (1779) и будучи флогистиком счел его сернистым телом особого рода, особым минеральным углем, содержащим связанную «воздушную кислоту» (СО₂) и большое количество флогистона.

    Двадцать  лет спустя Гитон де Морво путем  осторожного нагревания превратил  алмаз в графит, а затем в  угольную кислоту.

    В начале XIX в. старое слово уголь в русской химической литературе иногда заменялось словом «углетвор» (Шерер, 1807; Севергин, 1815); с 1824 г. Соловьев ввёл название углерод.

     Заключение.

    Итак, открытие химических элементов является сложным и интересным процессом. Этот процесс заинтересовал людей ещё в древние времена. И по сей день в этой области ещё много неизведанного. Открытие химических элементов тесно связано с достижениями экспериментальной химии, а также с появлением новых методов исследования.

    Большое значение в открытии химических элементов  сыграла периодическая система  Д. И. Менделеева. Д.И. Менделеев первым систематизировал открытые ранее элементы и предсказал новые.  Все ученые, пытавшиеся до Д. И. Менделеева классифицировать элементы, ограничивались тем, что объединяли в группы сходные по химическим свойствам элементы, но не находили внутренней связи между этими “естественными”, как тогда говорили, их группами. Менделеев с новой стороны взглянул на эту проблему. И теперь мы с большим удовольствием используем эту таблицу практически во всех разделах современной химии.

    Таким образом, история открытия химических элементов неразрывно связана  с прогрессом химии и представляет собой один из важнейших показателей этого прогресса.

Список  используемой литературы.

1. Н. А. Фигуровский. Открытие элементов и происхождение их названий – М., Наука, 1970 г.
2. Джуа Микеле. История химии – М., Мир, 1996 г.
3. Н. Л. Глинка. Общая химия – Л., Химия, 1986 г.
4. Ресурсы интернета.