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史上最悲壮的元素发现:夺走大化学家们生命的氟

原标题:史上最悲壮的元素发现:夺走大化学家们生命的氟

数学史上曾经有过无数未解难题,这些难题曾经让众多数学家的脑细胞备受折磨,他们的主要武器是纸和笔。

物理学家们也遇到过难题,他们除了和数学家一样在办公室里提出理论,还需要用实验来验证他们的想法。但是,大多数时候,除了多费一些电以外,他们也是安全的。

在历史上,化学家们则是需要勇气的,他们为了解决难题,为了证明自己的设想,有些时候需要将安全置之度外,甚至需要冒着生命的风险。

今天我们要说的乃是化学史上最悲壮的一段:化学元素史上,参加人数最多、危险最大、工作最难的研究课题——氟的发现历程。

△ 萤石,现代氟化工的主要原料

对于危险的事情,我们可爱的舍勒同学总是冲在第一线的,1771年,他听闻之前的一些故事,将萤石和硫酸放在一起加热,结果发现玻璃容器都被腐蚀了,他认为这其中产生了一种酸性物质,他把这种酸性物质命名为“萤石酸”。现在我们知道了,这就是腐蚀性极强的氢氟酸!

我们没有任何关于舍勒品尝或者闻嗅氢氟酸的记录,但是我们知道舍勒习惯亲自“品尝”一下发现的化学元素。他曾经闻过“火焰空气”,还尝过剧毒的氢氰酸,我们有理由相信,舍勒同学一定会与氢氟酸进行“亲密接触”。最终我们知道,舍勒同学,44岁,卒。

△图为瑞典化学家舍勒(真是个狠人

法国物理学家、化学家安培是一个善于思考的人,他从氢氟酸的各种性质看出来,这是一种和盐酸类似的酸。1810年,他提出,氢氟酸中可能还有一种和氯相类似的新元素,他提议将它命名为“氟”,意思是易于流动的意思。安培的想法中已经有了“族”的模糊概念,也是门捷列夫提出元素周期律的基础之一。

好在安培没有去开展发现氟的实验,所以他活到了61岁。

△图为法国化学家安培

真正的化学家不会满足于这种模糊的认知,他们最大乐趣莫过于发现了未知的事物,至于风险和安全,他们既然已经决定投身化学事业,就早已经将这些置之度外。

1813年,大帅哥戴维已经利用电流发现了几种新元素,这次他决定用他的利器电流来分解氟化物。一开始,他用氯化银和铂做容器,向氢氟酸通电,结果铂电极都被腐蚀了。

真是个厉害东西,竟然把白金都腐蚀!“好吧,那我干脆用氟化物:萤石做容器好了!氟化物已经是被氧化之后的产物,总不能继续呗氧化了吧。”戴维想。

他重新通电,结果这次阳极收集到了气体,戴维一检查,发现是老熟人:氧气。看来电解的是水,而不是氢氟酸。

戴维还是因此而影响了健康,所幸后来,戴维因为忙于其他工作而没有继续氟的研究,他最后活到了50岁。

△图为英国化学家戴维

跟戴维同时期,法国科学家盖吕萨克和泰纳也用同样的方法尝试获得氟,都没有成功,这两人还因为吸入过量的氢氟酸而中毒,被迫停止了实验。

△图为法国化学家盖 吕萨克

1834年,戴维的徒弟法拉第接过师傅的衣钵,设法揭开制取游离氟的谜,未果。

1836年,苏格兰化学家诺克斯兄弟俩也向这一难题发起挑战。他们用干燥的氯气处理干燥的氟化汞,并用一片金箔放在容器的顶部,事实上他们确实得到了氟,依据就是顶部的金箔已经变成了氟化金,只是他们没有想到连黄金都被制得的氟所腐蚀。更让人唏嘘的是,他们哥俩都严重中毒,弟弟托马斯·诺克斯几乎死亡,哥哥乔治·诺克斯被送到意大利疗养了三年才恢复健康。

诺克斯兄弟之后,比利时化学家鲁耶特不避艰辛和危险,不断重复诺克斯兄弟的实验,虽然采取了防毒措施力图避免中毒,但因长期从事这项研究,最后竟因中毒太深而献出了宝贵的生命。不久,法国化学家尼克雷也同样殉难。

1854年,法国化学家弗雷米电解熔融的无水氟化钙、氟化钾和氟化银,虽然在阴极上能析出这些金属,阳极上也产生了少量气泡,而生成的气体很快将铂电极腐蚀,即使他想尽了一切办法,始终未能收集到氟。他又尝试电解液态无水氟化氢,同样失败,因为氟化氢是共价化合物,即使是液态也不电离,因此是绝缘体。电解含水的氟化氢,前辈已经失败了N次,分解是水不是氟化氢。

1869年,英国化学家哥尔也用电解法分解氟化氢,结果发生了爆炸。原来少量的氟单质生成,与分解水生成的氢气化合引起爆炸。他又试验了金、铂、碳等多种电极材料,无一不遭到破坏。你看,氟的发现史简直就是一部烧钱史,无数的黄金白金就这样打了水漂,好吧,我承认我太物质了。

氟的发现史上,经历了那么多痛彻的失败,大家把这种未知元素称为“死亡元素”,闻之色变。这没有挡住勇者的脚步,还有很多化学家明知山有虎,偏向虎山行,弗雷米的学生莫瓦桑就是其中一个。

△图为法国化学家莫瓦桑

莫瓦桑是一个法国铁路工人的儿子,从小家境困苦,一直到12岁,他才进入小学。虽然他的父亲没有钱给他买书和文具,但是他特别热爱学习,每次考试都是第一名。他尤其热爱化学,从老师那里借来了各种化学书,如饥似渴地阅读,同时,还自己动手做各种化学实验。没多久他就因为家庭困难而辍学去药店做了学徒。

在这期间,莫瓦桑竟然出了名。有一次,药店里冲进来一个人,他汗流满面,呼吸困难,大喊救命:“我中了砒霜毒。”老药剂师摇摇头,表示无能为力了。这时,莫瓦桑站了出来,他让病人服用了一些酒石酸锑钾和三氯化铁,结果病人很快就好转,过几天就康复了。事后,巴黎的一家小报以《“起死回生”的药店学徒》为题,报道了这件事,许多巴黎人都知道了莫瓦桑的名字。

当然莫瓦桑不是追求名利的人,他一边做学徒,一边自学,22岁那年,他考试通过,拿到了中学毕业证书,25岁那年,又拿到了大学毕业证书,并考上了化学家弗雷米的研究生,这成为他一生的转折点。在弗雷米的实验室里,他贪婪的学习和实验,经常连续十几小时查阅资料和做实验,有一次竟然连续工作三十小时。在他进入弗雷米实验室后的第二年,有一个同学拿着一个药品的瓶子告诉他:“这是氟化钾,世界上还没有一个人能从里面提取出单质氟。”“我们的老师也不能吗?”“是的,大化学家戴维都失败了,诺克斯、盖吕萨克、鲁耶特、尼克雷都失败了,他们中的有一些中毒,有一些甚至送了命。”

从此,“单质氟”、“死亡元素”在莫瓦桑的脑海里不时的浮现出来,这已经成为他人生中最高远的目标。

△莫瓦桑在实验室

1885年,莫瓦桑开始了他的人生工程。他先花了好几个星期的时间查阅科学文献,研究了几乎全部有关氟及其化合物的著作。他认为已知的方法都不能把氟单独分离出来,只有戴维设想的一种方法还没有试验过。戴维认为:磷和氧的亲合力极强,如果能制氟化磷,再使氟化磷和氧作用,则可能生成氧化磷和氟,由于当时还没有方法制得氟化磷,因而设想的实验没有实现。

于是莫瓦桑用氟化铅与磷化铜反应,得到了气体的三氟化磷,然后把三氟化磷和氧的混合物通过电火花,结果发生了爆炸,烧坏了两个白金管,更令人丧气的是三氟化磷和氧生成的根本不是氟,而是氟氧化磷。

当时的化学还根本没有化学势的概念,从拉瓦锡时代开始,人们就一直认为氧的氧化性是最强的。氧元素甚至作为酸素帮助其他元素形成含氧酸,去氧化其他物质。现在人们发现了,氟甚至能作为氧的“酸素”,形成氟氧化物,这该有多强的氧化性能!

好了,过去的无数失败教训似乎是在论证一个骗子的悖论:我的瓶子里是腐蚀性最强的东西。当然就会有智者反驳:那它为什么腐蚀不了你的瓶子呢?是的,我们知道氟是腐蚀性最强的单质,然而又要求我们找到能不被他腐蚀的容器,这得有多难!

△白金容器可以用作坩埚,但是却很难抵御氟的侵蚀。

然而莫瓦桑绝对不会放弃,他想:氟必然是一种最活泼的非金属元素,那就不能在高温下制备它,也不能用一般的化学方法,如置换反应等。看来,只有用电解法了!电解法同样存在之前科学家们的问题;有水吧,只是把水分解成氢和氧;没有水吧,怎么导电呢?

莫瓦桑的方法是,在氟化砷、氟化磷中加入一点氟化钾,这样氟化钾可以帮助室温下的氟化砷、氟化磷导电。莫瓦桑接通了电流,电流通了过去,阴极上开始慢慢积累了一层砷,莫瓦桑欣喜异常。可是没过多久,反应慢慢停止了,他发现是因为阴极上的砷阻碍了导电。他正准备调整他的方案,却发现自己的神志开始不清醒了,原来氟化砷和砷开始挥发,这些都是剧毒的物质。“难道我也会像之前的化学家,因为氟而死去吗?”他用最后的力气关闭了电流,昏倒了过去。

△莫瓦桑发现氟的装置。

当他醒来的时候,已经是几个小时以后了,他的妻子路更正在他身边哭泣。“亲爱的路更,跟你说过多少次了,你不要来我的实验室,这里全是毒品毒气。”“亲爱的莫瓦桑,如果不是我过来打开通风,不知道你还能不能醒来。快停止你的实验吧,休息一段时间。”“哦,不!我不能休息,我的实验马上就要成功了!”

莫瓦桑又开始做实验了,他找了一个白金的U型管,将它打磨光滑,氟与光滑的白金表面反应较慢。关键是塞子,在接口处,总有凹凸不平的地方,他花了四天时间将一大块萤石磨制成一个塞子,这样总算可以确保安全,而且让氟可以不与塞子反应了。他将氟化砷、氟化磷、氟化钾的混合物装进U型管,又用冷却剂将体系的温度降到-23度,他插入电极,通上电流,很快,在阳极的上方,一丝又一丝淡黄色的气体冒了出来。莫瓦桑激动异常,大喊道:“Fluorine!Fluorine!”

"死亡元素'从舍勒开始,历经100多年,终于被制造了出来!在这背后,是无数化学家的血泪甚至他们的生命,这是一段悲壮的历史,更凝聚着人类对于未知的渴望,这是人类文明最可贵的精神!朝闻道夕可死,此之谓也。

1906年,诺贝尔化学奖被授予莫瓦桑,以表彰他发现氟单质的贡献。这个授奖是对他最有意义的回报,而且也正当时,因为1907年,莫瓦桑就因病去世了,临死之前,他感叹:氟夺走了我十年的生命!

莫瓦桑死后,他的妻子路更也因悲痛而去世。他们的儿子路易将他们的所有遗产20万法郎捐献给巴黎大学作为奖学金,一种叫做莫瓦桑化学奖,用以纪念他的父亲;另一种叫做路更药学奖,用以纪念他的母亲。返回搜狐,查看更多

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