史上最悲壮的元素发现-氟发现史

史上最悲壮的元素发现-氟发现史
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!
我们没有任何关于舍勒品尝或者闻嗅的记录,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
大数据风控的营销法国物理学家、化学家安培是⼀个善于思考的⼈,他从的各种性质看出来,这是⼀种和盐酸类似的酸。1810年,他提出,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。
何庆清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。
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。
当头炮对屏风马在这期间,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。
蔡威廉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!
上海市公安局局长张学兵
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。
⽂章来源:古⽥化⼯. 转载⾃⼆知了,在这⾥仅供交流使⽤,如涉及版权问题,请联系删除。新闻翻译

本文发布于:2024-09-22 11:28:46,感谢您对本站的认可!

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