“氟奪走了我十年生命”——亨利·莫瓦桑
“Davy, Gay-Lussac, Thénard, and the Irish chemists Thomas and George Knoxwere injured. Belgian chemist Paulin Louyet and French chemist Jér?me Nicklès died. Moissan also experienced serious hydrogen fluoridepoisoning”——維基百科
在常溫下,它幾乎可以和所有元素反應,生成氟化物
俗話(huà)說(shuō),“真金不怕火煉”
然而黃金在氟氣的面前也只能灰飛煙滅
高中時(shí)的熟悉的化學(xué)周期表
氟還有很強的毒性,它可以穿過(guò)皮膚滲入骨骼生成氟化鈣
被氟氣熏過(guò)的植物會(huì )立即枯萎死亡,人類(lèi)生活中自來(lái)水氟含量稍高就很會(huì )讓人變成氟斑牙
因其如此高的活潑性和劇毒性
在化學(xué)元素史上氟元素的發(fā)現,堪稱(chēng)是參加人數最多、工作難度最大、且危險系數最高的課題
氟斑牙兒童
為了征服它,科學(xué)家們前赴后繼,死的死傷的傷,可謂化學(xué)史上極其悲壯的一頁(yè)
所以那時(shí)候氟元素得到了“死亡元素”這一令人生畏的稱(chēng)號
其實(shí)早在古代,人們就已經(jīng)會(huì )利用氟化物來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)
在那個(gè)人們對化學(xué)知之甚少的年代,人們就已經(jīng)學(xué)會(huì )把螢石(氟化鈣)與硫酸混合產(chǎn)生的氣體(氟化氫)來(lái)腐蝕雕刻玻璃
螢石(Fluorite),又稱(chēng)氟石,其主要成分是氟化鈣(CaF2)
在1771年化學(xué)家舍勒發(fā)現無(wú)論用螢石和硫酸、硝酸還是磷酸反應都能制得氟化氫
它的性質(zhì)和鹽酸很像,但它對玻璃的腐蝕性非常強
然而這種有著(zhù)劇毒性的氣體直接使他中毒,臥床幾天起不來(lái)
舍勒
那時(shí)候拉瓦錫觀(guān)點(diǎn)是凡是酸都是含氧的,他認為氟化氫和鹽酸一樣都是含氧型酸
直到1809年戴維證明了鹽酸中氯的酸根是氫而不是氧,才修正了拉瓦錫“酸必須含氧”的觀(guān)點(diǎn)
而氟化氫與鹽酸的性質(zhì)相似,于是在1813年戴維便開(kāi)始嘗試用電解氟化物的方法來(lái)制取單質(zhì)氟
那時(shí)候無(wú)論他用金還是鉑做容器都會(huì )被腐蝕,而且在電極上永遠只能得到氫氣和氧氣
他也因長(cháng)期與氟作伴而身患重癥,不得不終止這項實(shí)驗
漢弗萊·戴維
1836年,愛(ài)爾蘭的諾斯克兄弟用氯氣和氟化汞,企圖制取單質(zhì)氟
他們把金箔放在接收瓶口,很快金箔都變成了氟化金
可見(jiàn)他們已經(jīng)制得了氟但是卻沒(méi)有辦法收集
然而在實(shí)驗中,兄弟兩人都身中劇毒
弟弟失去工作能力,而哥哥直接死亡
拉瓦錫
在后來(lái)比利時(shí)的魯葉特、法國的尼克雷都和諾斯克一樣
在進(jìn)行了長(cháng)期的氟研究之后中毒太深而獻出了寶貴的生命
...
從戴維證明氟元素存在的1809年,向氟進(jìn)軍的科學(xué)大隊便前赴后繼地奮斗著(zhù)
他們都是現世的普羅米修斯,無(wú)論經(jīng)歷多少苦難,都要盜取火種給人類(lèi)帶來(lái)溫暖與光
亨利·莫瓦桑
在經(jīng)過(guò)了七十多年前赴后繼的奮戰,終于有一人降服了這讓人聞風(fēng)喪膽的“死亡元素”
1886年,莫瓦??偨Y了前人許多寶貴的經(jīng)驗與教訓
第一次獲得了單質(zhì)氟,結束了化學(xué)界被“死亡元素”支配的恐懼
1852年亨利·莫瓦桑出生于一個(gè)貧困的鐵路工人家
中學(xué)還沒(méi)畢業(yè)的他就到藥店去當學(xué)徒,幫補家計
然而也就是在藥店,他才有機會(huì )系統地學(xué)習了許多化學(xué)知識
后來(lái),對化學(xué)有極大興趣和追求的他成為了費雷米教授的實(shí)驗室助手
那時(shí)候費雷米教授也正是研究氟的化學(xué)家之一
莫瓦桑在他的門(mén)下更是學(xué)到了許多關(guān)于氟的知識
從1846起,費雷米就將熔化的氟化鈣、氟化鉀用鉑作為電極進(jìn)行電解
他在陽(yáng)極觀(guān)察到有氣體放出,這分明就是苦苦追尋多年的氟氣??!
然而,和前人一樣氟氣馬上就與鉑電極發(fā)生了反應,完全無(wú)法收集
莫瓦桑在做實(shí)驗
年輕的莫瓦桑想著(zhù)這制備氟單質(zhì)路上倒下的化學(xué)家
他不但沒(méi)有懼怕,更是下了極大的決心要攻克這一難題
莫瓦?;舜罅繒r(shí)間去查閱資料,幾乎翻遍了有關(guān)氟極其化合物的文獻
因為磷和氧之間有極大的親和性
莫瓦桑猜想如果用氟化磷與氧氣發(fā)生反應能不能得到氟氣單質(zhì)呢
然而,事情永遠沒(méi)有那么簡(jiǎn)單,實(shí)驗得到的只有三氟氧化磷(POF3)
后來(lái)他又改用電解氟化磷也沒(méi)有成功,而當時(shí)非常寶貴的鉑(白金)電極也一塊塊被腐蝕掉
在第一次嘗試之后,莫瓦桑又做了一連串的實(shí)驗,均沒(méi)有達到想要的效果
于是他就想,之前做的實(shí)驗都是在溫度較高的環(huán)境下進(jìn)行的
而氟又是如此活潑的元素,溫度高活潑性就更大了
就算得到了游離的氟氣,它也馬上和其他隨便一種物質(zhì)反應掉了啊
因此,莫瓦桑決定采用低溫電解的方法
他為此專(zhuān)門(mén)設計了一套抑制氟劇烈反應的低溫控制實(shí)驗儀器
之后便是挑選合適電解的氟化物
他首先看中的是一種有劇毒性的毒物氟化砷
氟化砷在室溫和較低溫時(shí)就呈液體狀,很適合用來(lái)低溫電解
因為氟化砷是不導電的,莫瓦桑加入了少量氟化鉀以便于電離
As2o3(三氧化二砷)俗稱(chēng)砒霜,屬無(wú)臭無(wú)味的白色粉末,高毒,為致癌物
在通電前期,電極上確實(shí)有小氣泡產(chǎn)生
但是不到幾分鐘,氣泡便消失了,原來(lái)陰極表面上覆蓋了一層被電解出來(lái)的厚厚的砷
砷把電極隔絕,電不通,自然無(wú)法制取氟單質(zhì)
但是他還是不死心,氣泡(氟氣)明明產(chǎn)生了,只要把它捕獲就行了
然而在多次實(shí)驗后,效果仍然不盡人意
而且在氟化砷的電離實(shí)驗中,他就因為四次中毒暈倒而不得不中斷實(shí)驗
他的妻子多次勸他不要再做這些這么危險的實(shí)驗了
但對氟異樣執著(zhù)的莫瓦桑也只是搖搖頭表示拒絕
之后的他放棄了氟化砷,轉戰氟化氫
他用蒸餾氟氫酸鉀(KHF2)的方法得到無(wú)水氟化氫液體
在電解氟化氫過(guò)程中,他只在陰極上發(fā)現大量氫氣泡,本該產(chǎn)生氟氣的陽(yáng)極卻完全沒(méi)有反應
正當莫瓦桑有點(diǎn)心灰意冷,甚至開(kāi)始懷疑人生的時(shí)候
一種讓他仿佛獲得新生命的現象出現了
他拔掉陽(yáng)極的U型管,驚喜地發(fā)現塞子上竟覆蓋著(zhù)厚厚一層白色的粉末
塞子分明是氟腐蝕的??!
氟已經(jīng)被分解出來(lái)了,只是與玻璃塞子發(fā)生了反應而已
只要把裝置上的玻璃零件都換成不能與氟發(fā)生反應的材料,氟就會(huì )被他降服
莫瓦桑紀念碑,坐落于莫瓦桑的出生的小鎮(已改名為莫城)
螢石不與氟發(fā)生反應,于是莫瓦?;怂奶斓臅r(shí)間,將螢石磨成可以用的U型管和各種零件
換上螢石裝置,他重新實(shí)驗
當他向陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體中伸入一根硅條時(shí),硅條馬上燃燒了起來(lái)
就這樣,莫瓦桑把奪走了許多科學(xué)家寶貴性命的“死亡元素”馴服
那一年是1886年,莫瓦桑才剛滿(mǎn)34歲
氟這匹猛獸被莫瓦桑馴服后,就開(kāi)始服服帖帖地為人類(lèi)服務(wù)
從日常生活用品、農藥、醫療乃至航天,氟都表現出了他的非凡作用
如可防蛀牙的含氟牙膏、液態(tài)氟可作火箭燃料的氧化劑
在病人需要全身?yè)Q血時(shí),全氟醚類(lèi)化合物可以暫時(shí)替代病人體內的血液起運送氧氣的作用
2006年,莫瓦桑獲得諾貝爾化學(xué)獎100周年之際,法國發(fā)行的紀念郵票
為了表彰莫瓦桑在氟研究上的突出貢獻,法國科學(xué)院給他發(fā)了一萬(wàn)法郎的獎金
莫瓦桑首先用這筆錢(qián)償還了之前實(shí)驗欠下來(lái)的費用
然后把剩下的錢(qián)建了一所私人實(shí)驗室來(lái)繼續進(jìn)行各種研究
在那里他制出了許多新的氟化物
如最讓人注目的四氟代甲烷(CF4),其沸點(diǎn)很低,適應做制冷劑,這也就是最早的氟利昂
莫瓦桑與他的“莫氏電爐”
他還將自己的研究成果寫(xiě)成了《氟及其化合物》一書(shū),這本著(zhù)作奠定了之后關(guān)于氟研究的基礎
在之后他還發(fā)明了一種以他名字命名的電爐——莫氏電爐
這種電爐的溫度最高可達3500°,直接開(kāi)辟了高溫下化學(xué)反應的大門(mén)
他還用這種電爐制出了鈾、鎢絲、釩、鈦等十幾種金屬
諾貝爾獎狀及莫瓦桑用過(guò)的實(shí)驗裝置
諾貝爾基金會(huì )為表彰他在制氟的成就,授予了他1906年的諾貝爾化學(xué)獎,從此他成為了第一個(gè)獲得諾貝爾獎的法國人
然而剛拿到諾獎的第二年,年僅55歲的莫瓦桑就早早地與世長(cháng)辭
因為長(cháng)年與氟等有毒元素周旋,身體受到了極大的摧殘
晚年的他因為氟骨病,生活幾乎不能自理
他也多次跟朋友說(shuō)過(guò),氟至少奪走了十多年的性命
在氟元素發(fā)現的這一悲壯史詩(shī)中,他們又何嘗不知道其中的危險呢
不塞不流
不止不行
在人類(lèi)的發(fā)展史中,這種大無(wú)畏的精神比任何一項成果都要顯得金光閃閃
就像馬克思說(shuō)過(guò)的一句話(huà):“在科學(xué)的道路上沒(méi)有平坦的大道,只有不畏艱險沿著(zhù)陡峭山路向上攀登的人,才有希望達到光輝的頂點(diǎn)”