辨別元素的“指紋”

世界上幾十億人口中，找不到兩個指紋完全相同的人。如果說，人類所發現的109種化學元素也有“指紋”的話，那么，其“指紋”會有些什么樣的不同呢?

焰色反應的問世

焰色反應是指各種金屬及其同類，在高溫下都能發出自己特有的彩色光的一種發光現象。例如，鈉是黃色，銅是藍色，鍶是紅色，鉀透過藍色的鈷玻璃看是淺紫色等等。這種奇異的發光現象最早是誰發現的呢?

德國有位青年化學家叫本生，在1854年發明了一種煤氣燈，可以方便調節火焰大小，并能在化學實驗室中用來吹制玻璃品，人們管它叫“本生燈”。

這種燈點燃時不冒煙，其燈焰可以變得極熱，而且沒有顏色。一次，他用白色鑷子夾了一顆食鹽放進火焰里灼燒，發現平時總是微弱的淺藍色的火焰變然變得很黃。改用白金絲蘸一點鹽的水溶液亦得到同樣結果。

善于思索的本生對此發生了濃厚的興趣。經反復試驗，他觀察了其他一些化學藥品在火焰中的表現，最后斷定，某些含金屬的化合物經無色的火焰灼燒能呈現出各種不同的顏色。

相應地，只要通過對這些顏色的分析，不消幾秒鐘就能檢查出任何一種物質的組成。

光譜分析的誕生

對單一的化合物進行了試驗，本生又試驗混合物的焰色反應。結果麻煩來了。譬如，凡是混有其他金屬鹽的鈉鹽溶液都顯出黃色火焰。為此，本生想方設法分辨每種顏色。 一次，他用一塊藍色鈷玻璃來觀察火焰，發現黃色不見了，卻看見了一種淡淡的紫色，后來才知道這是鉀鹽所致。但是，當把鍶、鋰和鈣的鹽混在一起時卻很難一一分辨其紅色火焰。

1859年初秋，做了一年焰色反應試驗的本生向他的朋友、德國光學專家基爾霍夫求助了。于是，兩位科學家通力合作，他們從牛頓研究太陽光的方法中得到啟示，用棱鏡和放大鏡做成了一架分光鏡。他們利用這種分光鏡把火焰分解成一條條光道，逐行進行研究。 經過大量的實驗，他們發現每一種元素都有其特定的光譜線，這些光譜線都有固定的位置。他們最后的結論是，兩種元素的焰色可能是一個模樣，但是它們的光譜線的顏色、數量和位置卻不會完全相同。這樣，光譜線就成了分辨化學元素的彩色“指紋”。倘若把每種元素的指紋都畫在紙上，便可很方便地進行對照查找。于是，一種對物質進行化學分析的新的方法——光譜分析法便誕生了。

科學家的得力助手

利用這種方法，人們對多種元素的混合物毋須分離、純化，只要從其火焰的光譜圖上就可以對著“指紋”迅速確定它的成份。 1860年的一天，本生和基爾霍夫在給杜爾漢礦泉水做光譜分析時，發現在光譜圖中，除了大量的鉀、鈉、鈣和鍶等元素的光譜線外，還有兩條從未見過的相互靠近的天藍色譜線。

他倆推斷，新的譜線一定意味著新的元素的存在。他們將新元素命名為銫，即為天藍色的意思。不久，他們終于從礦泉水中提取了11克銫的化合物。不到一年，他們用同樣的方法又從鋰云母中發現并命名了銣，亦為暗紅色的意思。

本生和基爾霍夫這一系列的發現很快引起了化學家們的重視，他們紛紛借助光譜分析這一法寶，把一些在自然界中含量很少或者很分散的元素不斷尋找出來。1868年，法國天文學家詹森和英國天文學家洛克耶利用一次全日食的機會，用分光鏡觀察日珥的光譜，發現了一種從未見過的光譜線，他們斷定這是一種新的元素，將它命名為氦，即“太陽元素”之意。 27年后，英國化學家拉姆賽終于從瀝青鈾礦中發現了氦。這樣，人們根據元素的“指紋”，發現了距地球一億五千萬公里之遙的太陽大氣中，含有60多種元素，從而打破了對太陽的神秘感，推翻了所謂“恒星的化學組成是人類絕對不能得到”的論斷。