补钾可防“夏打盹”,可你知道钾是怎么来的吗?

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-07-26

夏季出汗缺钾元素,要抵抗“夏打盹”着实不易,可等你看完这个故事会发现,钾元素的发现者更不容易!

  困

“夏打盹”,你中招了吗?(网络图)

       俗话说“春困秋乏夏打盹,睡不醒的冬三月。”  你知道不,其实“夏打盹”真—的—是—病,在医学上也称之为“夏季倦怠症”!在这个七月流火的季节,人体大量排汗,钾元素随汗液大量排出得不到及时补充,就会出现倦怠疲乏,昏昏欲睡的“夏打盹”,此时需要及时补充钾元素。

动图

         那么如此重要的钾元素,是如何被人类发现的呢?其实,人类发现它也不过200多年时间,天才化学家戴维发现它的过程可谓一波三折。

  敢“啃”硬骨头

  公元1800年,意大利科学家伏打(注一)发明电堆的消息传出来,无异于在科学界投下一枚炸弹。因为有了稳定的电源,化学家们便可以利用它进行氧化还原反应,进而进行元素、化合物等方面的研究。此后几年,他们利用伏打电堆作电解实验,积累了不少电解方面的知识。

  英国化学家戴维也是其中之一。

戴维

钾元素就是这位叫汉弗莱▪戴维的帅哥发现的(网络图)

  戴维研究完笑气后,便致力于用电解法研究新元素。生性好强的他,选了一块硬骨头来“啃”——电解钾草碱。之所以说是硬骨头,是因为许多化学家都不敢想这事。原来,从古代起,人们就知道草木灰中存在着可作洗涤剂的钾草碱(化学名称叫碳酸钾)。19世纪以前,欧洲的科学家们一直认为,钾草碱、苏打等化合物非常稳定,难以用还原剂将金属还原出来。尽管如此,化学家拉瓦锡却拒绝将钾草碱、苏打等列入不能被分解的化合物的名单中。

  “拉瓦锡不收录这些化合物,一定有他的道理。如果我用电解方法从钾草碱中分解出新元素来,再分解同类型的苏打等岂不容易多了?”擅长实验研究的戴维准备从电解水入手进行分解钾草碱的实验。毕竟电解水是电解类实验的基础。

拉瓦西

安托万-洛朗·德·拉瓦锡(1743-1794),被后世尊称为"化学之父"(网络图)

  三解苛性碱

  经过多次电解水的实验,戴维初步掌握了电解实验的关键所在。为了获得强大的电流和极高的电压,他首先用250对金属板制成了号称当时最大的伏打电堆。接着,他便用苛性钾的饱和溶液进行电解。苛性钾的学名叫氢氧化钾,本是白色粉末或片状固体,它暴露在空气中时,易与二氧化碳、水等反应生成钾草碱。当时的科学家们知道,苛性钾与钾草碱都含有同一种未知的金属元素,成功电解苛性钾就等于知道了钾草碱中的未知金属元素。戴维的助手接通电源后,电堆的阳极和阴极都冒出大量气泡。经过验证,这些气泡是氧气和氢气。很显然,电流只分解了溶液中的水,并未分离出苛性钾中的未知金属元素。

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  块状的苛性钾(氢氧化钾,网络图)

  第一轮实验失败了。

  与大多数科学家一样,戴维具有契而不舍的精神。经过分析,他认为溶液里的水阻止了苛性钾的电解。第二轮实验中,他把伏打电堆的阳极连上一个勺子,阴极连接一段铂金丝;然后在勺子中放置苛性钾并用水烧融,成为透明的液体;最后,当铂金丝插进碱性溶液后,其周围出现了燃烧得很旺的淡紫色火苗。除此之外,别无它物。

  “应该是实验的温度太高,把电解出来的单质烧光了!”戴维这样总结第二轮失败。

  1807年10月6日,戴维与助手们将表面湿润的苛性钾放在铂制的小盘上,并用导线将铂制小盘与电堆的阴极相连;另一条线则与电堆的阳极相连。通电以后,苛性钾开始熔化,表面沸腾。戴维专心致志地观察着,发现阴极上有强光,阴极附近产生了酷似水银的颗粒:有的开始燃烧,产生淡紫色的火焰;有的被氧化,表面覆了一层白膜。兴奋的戴维一边让助手收集被氧化的颗粒,一边在实验记录本上写下“重要的实验,证明钾草碱分解了”字样。

  那些被氧化的颗粒,正是苛性钾,也是钾草碱所含的新元素!

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  戴维用过的实验仪器(网络图)

  再接复再厉

  化学界有个不成文的规定,就是发现新元素后第一件要做的事情就是为新元素取名。戴维想,既然碱的拉丁文名叫Kalium,而新元素正是从碱中分解出来的,干脆就叫Kalium,化学符号用首字母K代替。他根据实验得知,此元素与水反应,即使零下100℃时,也非常剧烈;与酸溶液反应则更剧烈;它在空气中燃烧,产生淡紫色火焰,生成橘红色的化合物。若干年后,中国科学家为这种元素命名时,考虑到它的活泼性在当时已知金属元素中排首位,便用“金”字旁加上“甲”(中文意首位)字而造出“钾”字来。

  话说戴维为钾元素命名后,并没停下研究的脚步,尽管此时他已染上重病。为了加快速度,他聘请了一个叫法拉第的助手来帮忙。按之前计划,他与法拉第等助手快速投入到分解苏打的实验中。苏打又名纯碱,学名碳酸钠,是一种重要的化工基本原料。通过电解苏打,戴维获得了一种新金属元素。他用拉丁文Natrium来命名这种元素,化学符号用Na表示。后来中国科学家将这种元素命名为钠。钠元素以盐的形式分布于陆地和海洋中,钠也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。

苏打

  用于和面的苏打(网络图)

  戴维从研究苛性钾的第一个实验开始,到为钠元素命名,前后花了两个月时间。没日没夜的高强度工作,终于把他累得脸色苍白,两眼窝陷,形容枯槁。11月19日,戴维拖着病体在英国学术报告会上介绍了发现钾、钠两元素的经过。暴风雨般的掌声将他淹没!

  回到家中,戴维终于一病不起。操劳过度招来的热病,让他吃不好,睡不着;左眼失明让他更是伤心。这个世界没有放弃他。人们不断到医院探望戴维,给他送来鲜花和祝福;医院也给他提供免费的高级病房。

  由于公众的关心和医生的悉心照料,在死亡边缘挣扎两个多月的戴维又活了过来,同时他的左眼也重见光明。值得一提的是,那个帮着发现钠元素的法拉第,在戴维的提携下,后来成长为闻名世界的大科学家。戴维临终时对朋友这样说:“我最大的发现是一个人——法拉第!”

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  戴维和法拉第在实验室(网络图)

  重新走进实验室的戴维,再接再厉,用电解的方法先后制得金属镁、钙、锶、钡和非金属元素硼和硅,成为化学史上发现新元素最多的人。尽管发现如此多的元素,但在他一生中,三轮电解苛性钾获得钾元素的故事是最具戏剧性的。

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  注一:伏打(1745年2月18日-1827年3月5日),又叫伏特,意大利物理学家。因在1800年发明伏打电堆而著名。拿破仑下令授予伏特一枚特制金质奖章和一份养老金,后来伏打受封为伯爵。电动势的单位“伏特”就以他的姓氏命名。

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