一定要知道的化学先驱

2023年05月29日 阅读量:153

化学之所以被称为“中心科学”,是因为它是许多学科的源头和基础。现代化学的创造和创造取决于许多代人的艰辛。它们探索物质的终极特征,捕捉元素的纯净形态,合成自然界中不存在的东西。当数亿个化学键在试管和烧杯中转移和重组时,浩荡荡的新分子经常伴随着爆炸、燃烧、腐蚀和剧毒。化学家的职业特征之一可能是接近危险。  

戴维的“备用生命”

戴维爵士,英国皇家学会第23任主席,是现代化学的重要奠基人。1807年,他使用伏击电池电离熔融氢氧化钾和氢氧化钠,第一次获得纯金属钾和钠,第二年发现钙、锶、镁和钡,宣布“电化学”的诞生。化学界曾称电解金属为“戴维金属”。大卫首先确定氯是一种元素,打破了拉瓦锡提出的所有酸都含有氧的错误概念。由于对化学实验的不懈努力和不避险,戴维一生的成就得益于。

戴维的出生地——英国康沃尔郡彭赞斯城有他的雕像


21岁时,为了测试各种气体属性,戴维吸入了大量一氧化碳,导致严重中毒。由于及时抢救,他死了。朋友们开玩笑说他就像“有两三条备用生命”。戴维还多次吸入普利斯特里1772年合成的一氧化二氮,陷入昏迷。从那时起,他发现了最早的“麻醉剂”,并引发了上流社会的时尚。1812年秋,戴维得到安培的消息,化学家杜龙发现了新的合成三氯化氮,并因爆炸而失去了一只眼睛和三根手指。戴维毫无畏惧,立即开始重复杜龙的实验。他成功地制备了三氯化氮,并确定了这种黄色挥发性油性液体的特性。他也没有逃脱爆炸的厄运,导致眼睛严重烧伤,一度失明。对于这次事故,后人也感到有点高兴,因为戴维受伤后需要助手,法拉第有机会成为皇家学会实验室的“临时工”,从那时起进入了科学的宫殿。


当蒸汽机挖到煤矿深处时,数亿年积累的甲烷“破碎”,持续的采矿困难成为最可怕的社会新闻。1812年5月25日,盖茨黑德煤矿瓦斯爆炸造成92名矿工死亡。新成立的煤矿安全委员会正式致函皇家学会,要求戴伟出来应对危机,这是工业界第一个向科学界寻求帮助的人。

戴维发明的矿工安全灯


戴维立即深入最危险的矿山调查,并将6瓶瓦斯标本带回实验室,迅速开发出著名的“戴维灯”——用细金属丝网覆盖灯芯,将火焰变成“笼子里的金丝雀”,使界面温度在不影响空气循环的情况下散发到瓦斯燃点以下。1815年10月,安全灯在北英格兰煤矿正式使用。戴伟亲自陪同煤矿工程师巴德尔到手掌上“测试灯”。他相信“提灯的人应该走在前面”。安全灯挽救了无数矿工的生命,极大地促进了煤炭生产。因此,戴维获得了1817年拉姆福德奖。


戴维于1829年5月29日去世,年仅50岁。没有人知道哪个化学实验成为“压垮骆驼的最后一根稻草”,但随着时间的推移,毒品的积累无疑是他在盛年去世的一个重要原因。


舍勒的“家常便饭”


化学教科书中对许多物质的描述,如“无味、无味”,都是化学家用感官来体验和认知的。


舍勒不愧为现代化学的著名先锋。瑞典药剂师率先从矿石中发现氧、钼、钨、锰、氯等元素,从天然物质中提取酒石酸、草酸、尿酸、乳酸、柠檬酸、氢氟酸、氢氰酸、亚砷酸等大量有机无机酸,并对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等气体进行了深入研究。他实现了磷的大规模生产,带来了瑞典火柴工业的世界领先地位。舍勒做了数千次化学实验。在极其原始的条件下,他习惯于用舌头和鼻子作为最方便的“检测仪器”。

舍勒

拿破仑的死是由于流放圣赫勒拿岛壁纸颜料“舍勒绿”(亚砷酸氢铜)霉变引起的砷中毒,而砷、汞和铅是舍勒的“常见”。他品尝并闻到了无数有害物质。1785年秋后,健康的“债务”开始清算,他的皮肤病变,肾脏迅速衰竭,医生得出汞中毒的结论。舍勒于1786年5月21日去世,43岁,结婚仅2天。阿西莫夫说舍勒是“最背运的化学家”,他的许多成就都被记录在别人的功劳簿中,因为他的发表延误和身份较低。但舍勒沉迷于实验,淡泊名利,成为科学精神的楷模,“舍勒尝百毒”的故事也不胫而走,留给后人长久的遐想和追忆。


本生“赴汤蹈火”


大多数在高中上过化学实验课的人都熟悉“本生灯”。与火焰明亮、温度低的煤气灯相比,“本生灯”提前将煤气和空气按比例充分混合,完全燃烧,产生“纯火焰”,无光泽但达到2000℃高温,这可能最能反映其发明者德国化学家的性格和性格。


本生电池以碳棒取代格鲁夫电池中的铂作为阴极,成为廉价高效的通用电源,带来了电镀行业和聚光灯的出现。本生采用电解法成功制备了足够的钠、钙、镁、铝、锰、钡、锂、氯,使这些元素从实验到实用。本生最具里程碑意义的贡献是与基尔霍夫一起发明分光仪,使每个元素独特的谱线成为其“身份证”;在20世纪60年代,已经发现了锑和氯,带来了新一轮的元素发现和星际化学的创造。很少有人像本人一样在化学分支机构取得了巨大的成就,也很少有人像他一样在化学实验中度过了一生的危险。


自1843年以来,我研究了剧毒易燃的二甲砷基化合物。在实验中,爆炸打开了面具,玻璃碎片飞进他的右眼,导致永久性失明。铑和铱粉爆炸发生在1868年的实验室,几乎夺去了另一只眼睛。我两次因吸入砷化合物而严重中毒。由于我发现的水合氧化铁解毒剂,他起死回生;1845年,冰岛海克拉火山爆发。我的“赴汤蹈火”深入地下30多米。观察研究了100℃以上“过热水”源头,发现了间歇泉的喷涌机制。


德国海德堡本生铜像


本生的一双大手,就像专门为化学实验定制的一样,被酸碱腐蚀和烟花熏烤,像铁匠和木匠的手一样长满了老茧。他从不用钳子用手打开燃烧的坩埚盖。他用手指测试本生灯上的火焰温度。他的右拇指比左拇指大,可以很容易地堵塞气管口。只有当你和女士一起去参加宴会时,你才会试图把骄傲的手藏在桌子下面。


本生因沉迷于实验而严重忽视女友,导致终身未婚,但他的学生包括门捷列夫、拜耳、哈伯和勒纳德,他的三位诺贝尔奖得主。本身精神的大巧和不屈不挠的表现已经成为化学行业的榜样和典范。


化学界的“氟之战”


化学界最旷日持久、最英勇、最悲惨的战斗可能是氟的“捕捉”。氟作为卤素元素中“最小”、电负最强的原子,具有超活性的化学性质。它几乎可以与所有金属或非金属发生剧烈反应,产生不可分割、不可分割的化合物。地球上从未有过游离氟。


萤石,又称氟石,是氟化钙的主要成分。萤石在自然界中有多种颜色


自1771年舍勒从氟石中生产氢氟酸以来,戴维就命名氟,并率先尝试用电解法分离单质。氟会“咬”电极,“撕裂”容器,没有一种材料能承受它的腐蚀。氢氟酸的毒性特别可怕。它不仅会破坏肺部和软组织,还会以小分子的“灵巧身材”进入体内,并与体内的钙镁结合,破坏神经系统,导致肌肉麻痹和心脏停搏。 


但科学家们并没有“谈氟变”。1836年,爱尔兰的诺克斯兄弟用氟石作为容器电解氟化银和氟化汞。他的兄弟几乎中毒死亡,他的兄弟卧床不起三年;1850年,比利时化学家鲁耶特因吸入过多氢氟酸而死亡;法国化学家尼克尔牺牲了“氟战争”;1856年,巴黎理工学院教授弗雷米电解氟化钙,看到阴极产生氟,但改变,无法捕捉;1869年,英国科学家戈尔电解氟化银获胜,但少量氟和阴极产生的氢爆炸,最终受伤,失败。

 


法国化学家莫瓦桑经历了百年的损兵折将和生聚教训,挑起了天降大任。弗雷米的学生和尼克尔的家乡使用了各种方法,但都失败了,四次因严重中毒被迫停止实验,最终选择了氢氟酸和氟化钾的混合配方——保持无水和导电性。以铂铱合金U管为容器,用天然氟石盖密封。最重要的突破是将电解装置冷冻到-23℃的低温,以减缓氟和铂电极的反应速度。1886年6月26日,“撒旦元素”氟终于一举成擒,呈现出淡黄色气体的原形和“真身”。此后,人类将卤族元素尽收网。莫瓦桑于1906年成为法国第一位诺贝尔奖得主,但两个多月后,他在巴黎猝死,年仅54岁。


莫瓦桑


科学家因为与化学打交道而遇险,是指不屈不挠。盖·吕萨克和法拉第都在爆炸中眼睛受伤;诺贝尔家族为亲人的生命付出了更多的“安全炸药”;万花筒的发明者布鲁斯特因化学毒品溅入眼睛而终身受苦;太阳光谱吸收线发现者夫朗和费长期开发玻璃镜头和铅中毒,39岁英年早逝;碳14发现者鲁本在实验事故中死于碳酰氯中毒。


随着防护技术的进步和严格的操作规范,化学实验室不再是危机的地方,但从未告别风险。1996年8月14日,美国新罕布什尔州达特茅斯学院48岁的化学教授沃特哈恩不小心在左手手套上掉了一滴二甲基汞。虽然立即彻底清洗,但剧毒已渗透乳胶进入皮肤,沃特哈恩于次年6月8日因汞中毒死亡;2006年3月24日,法国米卢斯国立高等化学院实验室爆炸摧毁了大楼,41岁的光化学家布尔吉特当场死亡;2009年12月29日,加州大学洛杉矶分校23岁的化学助理桑吉在处理叔丁基锂时意外着火,造成3度烧伤,18天后死亡


痛苦的清单每年都在延伸,永远不会停止。正如诺贝尔奖得主沃尔伍德所说,“从旧的自然界旁边建立了一个新的自然界”,化学家们发现了118种元素,掌握了6000万种物质及其相互作用。人类知识领域的每一次发展都必须准备好跨越未知的雷区和意想不到的陷阱。

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