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來源?|?理性邊界、化學(xué)寶庫

在歷史上，研究化學(xué)是需要勇氣的，化學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q難題，為了證明自己的設(shè)想，有些時(shí)候需要將安全置之度外，甚至需要冒著生命的風(fēng)險(xiǎn)。今天我們要說的乃是化學(xué)史上最悲壯的一段：化學(xué)元素史上，參加人數(shù)最多、危險(xiǎn)最大、工作最難的研究課題——氟的發(fā)現(xiàn)歷程。

△ 螢石，現(xiàn)代氟化工的主要原料

對(duì)于危險(xiǎn)的事情，我們可愛的舍勒同學(xué)總是沖在第一線的，1771年，他聽聞之前的一些故事，將螢石和硫酸放在一起加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)玻璃容器都被腐蝕了，他認(rèn)為這其中產(chǎn)生了一種酸性物質(zhì)，他把這種酸性物質(zhì)命名為“螢石酸”。現(xiàn)在我們知道了，這就是腐蝕性極強(qiáng)的氫氟酸！

我們沒有任何關(guān)于舍勒品嘗或者聞嗅氫氟酸的記錄，但是我們知道舍勒習(xí)慣親自“品嘗”一下發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素。他曾經(jīng)聞過“火焰空氣”，還嘗過劇毒的氫氰酸，我們有理由相信，舍勒同學(xué)一定會(huì)與氫氟酸進(jìn)行“親密接觸”。最終我們知道，舍勒同學(xué)，44歲，卒。

△圖為瑞典化學(xué)家舍勒

法國物理學(xué)家、化學(xué)家安培是一個(gè)善于思考的人，他從氫氟酸的各種性質(zhì)看出來，這是一種和鹽酸類似的酸。1810年，他提出，氫氟酸中可能還有一種和氯相類似的新元素，他提議將它命名為“氟”，意思是易于流動(dòng)的意思。安培的想法中已經(jīng)有了“族”的模糊概念，也是門捷列夫提出元素周期律的基礎(chǔ)之一。

好在安培沒有去開展發(fā)現(xiàn)氟的實(shí)驗(yàn)，所以他活到了61歲。

△圖為法國化學(xué)家安培

真正的化學(xué)家不會(huì)滿足于這種模糊的認(rèn)知，他們最大樂趣莫過于發(fā)現(xiàn)了未知的事物，至于風(fēng)險(xiǎn)和安全，他們既然已經(jīng)決定投身化學(xué)事業(yè)，就早已經(jīng)將這些置之度外。

1813年，大帥哥戴維已經(jīng)利用電流發(fā)現(xiàn)了幾種新元素，這次他決定用他的利器電流來分解氟化物。一開始，他用氯化銀和鉑做容器，向氫氟酸通電，結(jié)果鉑電極都被腐蝕了。

真是個(gè)厲害東西，竟然把白金都腐蝕！“好吧，那我干脆用氟化物：螢石做容器好了！氟化物已經(jīng)是被氧化之后的產(chǎn)物，總不能繼續(xù)唄氧化了吧。”戴維想。

他重新通電，結(jié)果這次陽極收集到了氣體，戴維一檢查，發(fā)現(xiàn)是老熟人：氧氣。看來電解的是水，而不是氫氟酸。

戴維還是因此而影響了健康，所幸后來，戴維因?yàn)槊τ谄渌ぷ鞫鴽]有繼續(xù)氟的研究，他最后活到了50歲。

△圖為英國化學(xué)家戴維

跟戴維同時(shí)期，法國科學(xué)家蓋呂薩克和泰納也用同樣的方法嘗試獲得氟，都沒有成功，這兩人還因?yàn)槲脒^量的氫氟酸而中毒，被迫停止了實(shí)驗(yàn)。

△圖為法國化學(xué)家蓋呂薩克

1834年，戴維的徒弟法拉第接過師傅的衣缽，設(shè)法揭開制取游離氟的謎，未果。

1836年，蘇格蘭化學(xué)家諾克斯兄弟倆也向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn)。他們用干燥的氯氣處理干燥的氟化汞，并用一片金箔放在容器的頂部，事實(shí)上他們確實(shí)得到了氟，依據(jù)就是頂部的金箔已經(jīng)變成了氟化金，只是他們沒有想到連黃金都被制得的氟所腐蝕。更讓人唏噓的是，他們哥倆都嚴(yán)重中毒，弟弟托馬斯·諾克斯幾乎死亡，哥哥喬治·諾克斯被送到意大利療養(yǎng)了三年才恢復(fù)健康。

諾克斯兄弟之后，比利時(shí)化學(xué)家魯耶特不避艱辛和危險(xiǎn)，不斷重復(fù)諾克斯兄弟的實(shí)驗(yàn)，雖然采取了防毒措施力圖避免中毒，但因長期從事這項(xiàng)研究，最后竟因中毒太深而獻(xiàn)出了寶貴的生命。不久，法國化學(xué)家尼克雷也同樣殉難。

1854年，法國化學(xué)家弗雷米電解熔融的無水氟化鈣、氟化鉀和氟化銀，雖然在陰極上能析出這些金屬，陽極上也產(chǎn)生了少量氣泡，而生成的氣體很快將鉑電極腐蝕，即使他想盡了一切辦法，始終未能收集到氟。他又嘗試電解液態(tài)無水氟化氫，同樣失敗，因?yàn)榉瘹涫枪矁r(jià)化合物，即使是液態(tài)也不電離，因此是絕緣體。電解含水的氟化氫，前輩已經(jīng)失敗了Ｎ次，分解是水不是氟化氫。

1869年，英國化學(xué)家哥爾也用電解法分解氟化氫，結(jié)果發(fā)生了爆炸。原來少量的氟單質(zhì)生成，與分解水生成的氫氣化合引起爆炸。他又試驗(yàn)了金、鉑、碳等多種電極材料，無一不遭到破壞。你看，氟的發(fā)現(xiàn)史簡(jiǎn)直就是一部燒錢史，無數(shù)的黃金白金就這樣打了水漂，好吧，我承認(rèn)我太物質(zhì)了。

氟的發(fā)現(xiàn)史上，經(jīng)歷了那么多痛徹的失敗，大家把這種未知元素稱為“死亡元素”，聞之色變。這沒有擋住勇者的腳步，還有很多化學(xué)家明知山有虎，偏向虎山行，弗雷米的學(xué)生莫瓦桑就是其中一個(gè)。

△圖為法國化學(xué)家莫瓦桑

莫瓦桑是一個(gè)法國鐵路工人的兒子，從小家境困苦，一直到12歲，他才進(jìn)入小學(xué)。雖然他的父親沒有錢給他買書和文具，但是他特別熱愛學(xué)習(xí)，每次考試都是第一名。他尤其熱愛化學(xué)，從老師那里借來了各種化學(xué)書，如饑似渴地閱讀，同時(shí)，還自己動(dòng)手做各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)。沒多久他就因?yàn)榧彝ダщy而輟學(xué)去藥店做了學(xué)徒。

在這期間，莫瓦桑竟然出了名。有一次，藥店里沖進(jìn)來一個(gè)人，他汗流滿面，呼吸困難，大喊救命：“我中了砒霜毒。”老藥劑師搖搖頭，表示無能為力了。這時(shí)，莫瓦桑站了出來，他讓病人服用了一些酒石酸銻鉀和三氯化鐵，結(jié)果病人很快就好轉(zhuǎn)，過幾天就康復(fù)了。事后，巴黎的一家小報(bào)以《“起死回生”的藥店學(xué)徒》為題，報(bào)道了這件事，許多巴黎人都知道了莫瓦桑的名字。

當(dāng)然莫瓦桑不是追求名利的人，他一邊做學(xué)徒，一邊自學(xué)，22歲那年，他考試通過，拿到了中學(xué)畢業(yè)證書，25歲那年，又拿到了大學(xué)畢業(yè)證書，并考上了化學(xué)家弗雷米的研究生，這成為他一生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在弗雷米的實(shí)驗(yàn)室里，他貪婪的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常連續(xù)十幾小時(shí)查閱資料和做實(shí)驗(yàn)，有一次竟然連續(xù)工作三十小時(shí)。在他進(jìn)入弗雷米實(shí)驗(yàn)室后的第二年，有一個(gè)同學(xué)拿著一個(gè)藥品的瓶子告訴他：“這是氟化鉀，世界上還沒有一個(gè)人能從里面提取出單質(zhì)氟。”“我們的老師也不能嗎？”“是的，大化學(xué)家戴維都失敗了，諾克斯、蓋呂薩克、魯耶特、尼克雷都失敗了，他們中的有一些中毒，有一些甚至送了命。”從此，“單質(zhì)氟”、“死亡元素”在莫瓦桑的腦海里不時(shí)的浮現(xiàn)出來，這已經(jīng)成為他人生中最高遠(yuǎn)的目標(biāo)。

△莫瓦桑在實(shí)驗(yàn)室

1885年，莫瓦桑開始了他的人生工程。他先花了好幾個(gè)星期的時(shí)間查閱科學(xué)文獻(xiàn)，研究了幾乎全部有關(guān)氟及其化合物的著作。他認(rèn)為已知的方法都不能把氟單獨(dú)分離出來，只有戴維設(shè)想的一種方法還沒有試驗(yàn)過。戴維認(rèn)為：磷和氧的親合力極強(qiáng)，如果能制氟化磷，再使氟化磷和氧作用，則可能生成氧化磷和氟，由于當(dāng)時(shí)還沒有方法制得氟化磷，因而設(shè)想的實(shí)驗(yàn)沒有實(shí)現(xiàn)。

于是莫瓦桑用氟化鉛與磷化銅反應(yīng)，得到了氣體的三氟化磷，然后把三氟化磷和氧的混合物通過電火花，結(jié)果發(fā)生了爆炸，燒壞了兩個(gè)白金管，更令人喪氣的是三氟化磷和氧生成的根本不是氟，而是氟氧化磷。

當(dāng)時(shí)的化學(xué)還根本沒有化學(xué)勢(shì)的概念，從拉瓦錫時(shí)代開始，人們就一直認(rèn)為氧的氧化性是最強(qiáng)的。氧元素甚至作為酸素幫助其他元素形成含氧酸，去氧化其他物質(zhì)。現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了，氟甚至能作為氧的“酸素”，形成氟氧化物，這該有多強(qiáng)的氧化性能！

好了，過去的無數(shù)失敗教訓(xùn)似乎是在論證一個(gè)騙子的悖論：我的瓶子里是腐蝕性最強(qiáng)的東西。當(dāng)然就會(huì)有智者反駁：那它為什么腐蝕不了你的瓶子呢？是的，我們知道氟是腐蝕性最強(qiáng)的單質(zhì)，然而又要求我們找到能不被他腐蝕的容器，這得有多難！

△白金容器可以用作坩堝，但是卻很難抵御氟的侵蝕。

然而莫瓦桑絕對(duì)不會(huì)放棄，他想：氟必然是一種最活潑的非金屬元素，那就不能在高溫下制備它，也不能用一般的化學(xué)方法，如置換反應(yīng)等。看來，只有用電解法了！電解法同樣存在之前科學(xué)家們的問題；有水吧，只是把水分解成氫和氧；沒有水吧，怎么導(dǎo)電呢？莫瓦桑的方法是，在氟化砷、氟化磷中加入一點(diǎn)氟化鉀，這樣氟化鉀可以幫助室溫下的氟化砷、氟化磷導(dǎo)電。莫瓦桑接通了電流，電流通了過去，陰極上開始慢慢積累了一層砷，莫瓦桑欣喜異常。可是沒過多久，反應(yīng)慢慢停止了，他發(fā)現(xiàn)是因?yàn)殛帢O上的砷阻礙了導(dǎo)電。他正準(zhǔn)備調(diào)整他的方案，卻發(fā)現(xiàn)自己的神志開始不清醒了，原來氟化砷和砷開始揮發(fā)，這些都是劇毒的物質(zhì)。“難道我也會(huì)像之前的化學(xué)家，因?yàn)榉廊幔俊彼米詈蟮牧怅P(guān)閉了電流，昏倒了過去。

△莫瓦桑發(fā)現(xiàn)氟的裝置。

當(dāng)他醒來的時(shí)候，已經(jīng)是幾個(gè)小時(shí)以后了，他的妻子路更正在他身邊哭泣。“親愛的路更，跟你說過多少次了，你不要來我的實(shí)驗(yàn)室，這里全是毒品毒氣。”“親愛的莫瓦桑，如果不是我過來打開通風(fēng)，不知道你還能不能醒來。快停止你的實(shí)驗(yàn)吧，休息一段時(shí)間。”，“哦，不！我不能休息，我的實(shí)驗(yàn)馬上就要成功了！”

莫瓦桑又開始做實(shí)驗(yàn)了，他找了一個(gè)白金的U型管，將它打磨光滑，氟與光滑的白金表面反應(yīng)較慢。關(guān)鍵是塞子，在接口處，總有凹凸不平的地方，他花了四天時(shí)間將一大塊螢石磨制成一個(gè)塞子，這樣總算可以確保安全，而且讓氟可以不與塞子反應(yīng)了。他將氟化砷、氟化磷、氟化鉀的混合物裝進(jìn)U型管，又用冷卻劑將體系的溫度降到-23度，他插入電極，通上電流，很快，在陽極的上方，一絲又一絲淡黃色的氣體冒了出來。莫瓦桑激動(dòng)異常，大喊道：“Fluorine！Fluorine！”

“死亡元素”從舍勒開始，歷經(jīng)100多年，終于被制造了出來！在這背后，是無數(shù)化學(xué)家的血淚甚至他們的生命，這是一段悲壯的歷史，更凝聚著人類對(duì)于未知的渴望，這是人類文明最可貴的精神！朝聞道夕可死，此之謂也。

1906年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予莫瓦桑，以表彰他發(fā)現(xiàn)氟單質(zhì)的貢獻(xiàn)。這個(gè)授獎(jiǎng)是對(duì)他最有意義的回報(bào)，而且也正當(dāng)時(shí)，因?yàn)?907年，莫瓦桑就因病去世了，臨死之前，他感嘆：氟奪走了我十年的生命！

莫瓦桑死后，他的妻子路更也因悲痛而去世。他們的兒子路易將他們的所有遺產(chǎn)20萬法郎捐獻(xiàn)給巴黎大學(xué)作為獎(jiǎng)學(xué)金，一種叫做莫瓦桑化學(xué)獎(jiǎng)，用以紀(jì)念他的父親；另一種叫做路更藥學(xué)獎(jiǎng)，用以紀(jì)念他的母親。

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化學(xué)界的死神，研究者無一例外地慘死，想研究它就要付出代價(jià)

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