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史上最悲壮的元素——氟的发现
2019-07-29         

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

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。

 

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。

 

 
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