火焰反应的历史

火焰反应是一种非常古老的定性分析方法。早在我国南北朝时期,著名炼丹家、医学大师陶弘景(456-536)在《本草笔记》中就记载“云遇火为真硝石(硝酸钾)”。由于当时以及多年以后的生产力水平较低,这种方法并没有得到广泛的应用和发展。

18世纪以后的欧洲近代化学时期,由于冶金和机械工业的大发展,要求提供更多更大数量和更多品种的矿石;同时,为了降低生产成本,合理使用原料,提高产品质量,对分析化学提出了新的要求。德国磁悬浮(1709 ~ 1782)就是这一时期著名的定性分析化学家。他的重要研究成果之一是观察到植物碱(草木灰,即碳酸钾)和矿物碱(纯碱,即碳酸钠)的区别。在1762中,他系统地比较了这两种碱转化产生的各种钾盐和钠盐的晶型、潮解性和溶解性,发现钠盐和钾盐可以分别使火焰呈各具特色的颜色。此后,火焰反应成为鉴别钾盐和钠盐的常用方法。后来很多人也注意到,很多盐和氧化物在火焰中可以呈现出不同的颜色。比如1818,格梅林发现锂盐是暗红色,铜盐是蓝绿色,但他不明白原因。锂盐和锶盐都使火焰变红,影响火焰反应测试物质的可靠性。

19世纪中叶,德国著名化学家本森(1811 ~ 1899)设计制造了本生灯,使气体燃烧时产生几乎无色的火焰,温度达到1000多度。本森用这种灯研究了各种盐在火焰中呈现不同火焰颜色的现象,并试图根据火焰中的颜色信号检测各种元素。他同时点燃了三盏煤气灯,并在每一个火焰中滴入盐溶液。

一滴是饱和盐溶液,另一滴掺锂盐,第三滴掺钾盐。结果三个火焰都是黄色的,看不出区别。显然,钠焰的黄色掩盖了其他颜色。本生还通过蓝色玻璃或靛蓝溶液作为滤色器观察火焰,发现黄色被滤除,饱和盐溶液的火焰变为无色,掺锂盐的盐溶液为暗红色,掺钾盐的火焰为浅紫色。后来,他收集了许多不同颜色的玻璃,制备了许多不同颜色的溶液作为滤色材料,试图提高火焰反应的选择性,区分锂盐和锶盐在火中的深红色,但没有成功。显然,用肉眼观察火焰颜色来鉴别元素是非常有限的。直到现在,我们只能用火焰反应鉴别钾、钠等少数金属,用蓝钴玻璃观察钾的火焰颜色也来源于本生实验。

除了气体火焰,本生灯还使用煤炭火焰,氢氧火焰和氢气火焰。经过对火焰反应的详细研究,他还发现,即使一种元素处于不同的化合物中,即使它在火焰中发生化学变化,即使火焰温度不同,即使使用的火焰类型不同,这些因素对一种元素的特征火焰颜色都没有影响。

后来,在好友物理学家基尔霍夫的建议下,本生通过观察光谱实现了对元素的定性检查,并创立了分析化学的一个重要分支:光谱分析。