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          2025年高考發現氟的悲壯歷程

          來源:網絡整理 2024-11-18 15:16:58

            在化學元素史上,參加人數最多、危險最大、工作最難的研究課題,莫過于氟元素的發現。自1768年德國化學家馬格拉夫(Marggraf,A.S.1709-1782)發現氫氟酸以后,到1886年法國化學家莫瓦桑(Moissan,H.1852-1907)制得單質的氟,歷時118年之久。在這當中不少化學家損害了健康,甚至獻出了生命,可以說是一段極其悲壯的化學元素史。

            1768年馬格拉夫研究螢石,發現它與石膏和重晶石不同,判斷它不是一種硫酸鹽。1771年化學家舍勒用曲頸甑加熱螢石和硫酸的混合物,發現玻璃瓶內壁腐劑。1810年法國物理學、化學家安培,根據氫氟酸的性質的研究指出,其中可能含有一種與氯相似的元素。化學家戴維的研究,也得出同樣的看法。1813年戴維用電解氟化物的方法制取單質氟,用金和鉑做容器,都被腐蝕了。后來改用螢石做容器,腐蝕問題雖解決了,但也得不到氟,而他則因患病而停止了實驗。接著喬治·諾克斯(Knox,G.)和托馬斯·諾克斯(Knox,R.T.)兩弟兄先用干燥的氯氣處理干燥的氟化汞,然后把一片金箔放在玻璃接受瓶頂部。實驗證明金變成了氟化金,可見反應產生了氟而未得到氟。在實驗中,弟兄二人都嚴重中毒。繼諾克斯弟兄之后,魯耶特(Louyet,P.)對氟作了長期的研究,最后因中毒太深而獻出了生命。法國化學家尼克雷(Nickles,J.)也遭到了同樣的命運。法國的弗雷米(Fremy,E.1814-1894)是一位研究氟的化學家,曾電解無水的氟化鈣、氟化鉀和氟化銀,雖然陰極能析出金屬,陽級上也產生了少量的氣體,但始終未能收集到。

            莫瓦桑又進行了一連串的實驗,都沒有達到目的。經過長時間的探索,他終于得出了這樣的結論:他的實驗都是在高溫下進行的,這正是實驗失敗癥結所在。因為氟是非常活潑的,隨著溫度的升高,它的活潑性也就大大地增加了。即使在反應過程中它能夠以游離的狀態分離出來,它也會立刻和任何一種物質相化合。顯然,反應應該在室溫下進行,當然,能在冷卻的條件下進行那就更好一些。看來電解是唯一可行的方法了。他想如果用某種液體的氟化物,例如用氟化砷來進行電解,那么怎樣呢?這種想法顯然是大有希望的。莫瓦桑開始制備劇毒的氟化砷了,隨即遇到了新的困難,原來氟化砷是不導電的。在這種情況下,他只好往氟化砷里加入少量的氟化鉀。這種混合物的導電性能好,可是在反應開始幾分鐘后,陰極表面覆蓋了一層電解析出的砷,于是電流中斷了。莫瓦桑疲倦極了,十分艱難地支撐著。他關掉了聯通電解裝置的電源,隨即倒在沙發椅上,心臟病劇烈發作,呼吸感到困難,面色發黃,眼睛周圍出現了黑圈。莫瓦桑想到,這是砷在起作用,恐怕只好放棄這個方案了。出現這樣的現象不是一次,曾因中毒而中斷了四次實驗。莫瓦桑的愛妻萊昂妮看到他漫無節制地給自己增加工作,而且又經常冒著中毒危險,對他的健康狀況極為擔心。

            可是莫瓦桑仍然繼續進行實驗,設計在低溫下電解氟化氫。由于干燥的氟化氫不導電,于是往里面加入少量的氟化鉀。他把這個混合物放在一支U形的鉑管中,然后通電流。在陰極上很快就出現了氫氣泡,但陽極上卻沒有分解出氣體。電解持續近一小時,分解出來的都是氫氣,連一點氟的影子也沒有。莫瓦桑一邊拆卸儀器,一邊苦惱地思索著,也許氟根本就不能以游離狀態存在。當他撥掉U形管陽極一端的塞子時,驚奇地發現塞子上覆蓋著一層白色粉末狀的物質。可不是么,原子塞子被腐蝕了!氟到底還是分解出來了,不過和玻璃發生了反應。這一發現使莫瓦桑受到了極大的鼓舞。他想,如果把裝置上的玻璃零件都換成不能與氟發生反應的材料,那就可以制得單體的氟了。熒石不與氟起作用,用它來試試吧,于是把熒石制成試驗用的器皿。莫瓦桑把盛有液體氫和氟化鉀的混合物的U形鉑管浸入制冷劑中,以鉑銥合金作電極,用熒石制的螺旋帽蓋緊管口,管外用氯化甲烷作冷凍劑,使溫度控制在-23℃,進行電解。終于在1886年第一次制得單質氟。莫瓦桑的成就經過著名化學家的審查,認為是無可爭論的。為了表彰他在制氟方面所作的突出貢獻,法國科學院發給他一萬法郎的拉·卡澤獎金。20年以后,又因他研究氟的制備和氟的化合物上的顯著成就,而獲得了1906年的諾貝爾化學獎。

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