化学史上参加人数最多的研究课题

2024年09月05日 阅读量:172

数学史上有无数未解决的问题,这些问题折磨了许多数学家的脑细胞。他们的主要武器是纸和笔。


物理学家也遇到过问题。除了像数学家一样在办公室提出理论外,他们还需要用实验来验证自己的想法。然而,大多数时候,除了花更多的电,他们也是安全的。


在历史上,化学家需要勇气。为了解决问题,证明自己的想法,他们有时需要忽视安全,甚至冒生命危险。我们今天要说的是化学史上最悲惨的一段:化学元素史上参与人数最多、危险最大、工作难度最大的研究课题——氟的发现。


△ 萤石是现代氟化工的主要原料


对于危险的事情,我们可爱的舍勒总是冲到前线,1771年,他听到一些故事,萤石和硫酸一起加热,结果发现玻璃容器被腐蚀,他认为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,这是极具腐蚀性的氢氟酸!


我们没有关于舍勒品尝或闻氢氟酸的记录,但我们知道舍勒习惯于亲自“品尝”发现的化学元素。他曾经闻过“火焰空气”和剧毒氢氰酸。我们有理由相信舍勒会与氢氟酸“密切接触”。最后,我们知道舍勒44岁了。


法国物理学家和化学家安培是一个善于思考的人。从氢氟酸的各种性质可以看出,它是一种类似盐酸的酸。1810年,他提出氢氟酸中可能有一种类似氯的新元素。他建议将其命名为“氟”,即易于流动。安培的想法中有一个模糊的“民族”概念,这也是门捷列夫提出元素周期律的基础之一。


幸运的是,安培没有进行发现氟的实验,所以他活到了61岁。


△图为法国化学家安培


真正的化学家不会对这种模糊的认知感到满意。他们最大的乐趣是发现未知的东西。至于风险和安全,由于他们已经决定加入化学行业,他们已经把这些放在外面了。


1813年,帅哥戴维利用电流发现了几种新元素。这一次,他决定用他的武器电流分解氟化物。起初,他用氯化银和铂作为容器通电氢氟酸。结果,铂电极被腐蚀。


真是太神奇了,白金被腐蚀了!“嗯,那我就用氟化物:萤石做容器吧!氟化物已经是氧化的产物,不能继续氧化。”戴维想。


他再次通电,结果这次阳极收集了气体,戴维一检查,发现是老熟人:氧气。似乎电解的是水,而非氢氟酸。


因此,戴维影响了他的健康。幸运的是,戴维没有继续氟化物的研究,因为他忙于其他工作。他终于活到了50岁。


△图为英国化学家戴维


与戴维同时,法国科学家盖鲁萨克和泰纳也试图以同样的方式获得氟,但都失败了。他们被迫停止实验,因为他们吸入了过量的氢氟酸。


△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,试图揭开制作游离氟的谜团,失败了。


1836年,苏格兰化学家诺克斯兄弟也挑战了这个问题。他们用干氯处理干氟化汞,并在容器顶部放一块金箔。事实上,他们确实得到了氟,基于顶部的金箔已经变成了氟化金,但他们没有想到连金都会被氟腐蚀。更可悲的是,他们的兄弟俩都严重中毒,他们的兄弟托马斯·诺克斯几乎死了,他的兄弟乔治·诺克斯被送往意大利休养三年才恢复健康。


在诺克斯兄弟之后,比利时化学家鲁耶特不断重复诺克斯兄弟的实验,以避免困难和危险。虽然他采取了防毒措施来避免中毒,但由于长期的研究,他最终因为中毒太深而献出了宝贵的生命。不久,法国化学家尼克雷也死了。


1854年,法国化学家弗雷米电解了无水氟化钙、氟化钾和氟化银。虽然这些金属可以在阴极上沉淀,但在阳极上也会产生少量气泡,产生的气体很快就会腐蚀铂电极。即使他尽了最大努力,他也无法收集氟。由于氟化氢是一种共价化合物,即使是液体也不是电离的,所以它也是绝缘体,因此他尝试了无水氟化氢的电解液。前辈们失败了电解含水的氟化氢N第二,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,导致爆炸。原来少量的氟单质与分解水产生的氢气结合引起爆炸。他还测试了金、铂、碳和其他电极材料,所有这些材料都被破坏了。你看,氟的发现历史只是一段烧钱的历史,无数的金白金被浪费了,嗯,我承认我太物质了。


在历史上,经历了这么多痛苦的失败,我们称这种未知元素为“死亡元素”,闻到了变化。这并没有阻止勇敢的步伐,许多化学家知道山上有老虎,更喜欢虎山,弗雷米的学生莫瓦桑就是其中之一。


△图为法国化学家莫瓦桑


莫瓦桑是一名法国铁路工人的儿子。他从小就很穷,直到12岁才上小学。虽然他的父亲没有钱给他买书和文具,但他特别喜欢学习,每次考试都是第一名。他特别喜欢化学,从老师那里借了各种化学书籍,渴望阅读,但也自己做了各种化学实验。不久,他因为家庭困难辍学去药店当学徒。


在此期间,莫瓦桑竟然出名了。有一次,一个人冲进药店,汗流浃背,呼吸困难,大喊救命:“我中了砷毒。老药剂师摇摇头,说无能为力。这时,莫瓦桑站了出来,他让病人服用了一些酒石酸锑钾和三氯化铁,病人很快就好转了,几天后就康复了。后来,以“起死回生”药店学徒为题的巴黎小报报道了这件事,很多巴黎人都知道莫瓦桑的名字。


当然,莫瓦桑不是一个追求名利的人。他当学徒,自学。22岁时,他通过了考试,获得了中学文凭。25岁时,他获得了大学文凭,并被化学家弗雷米录取,这成为了他生活的转折点。在弗雷米的实验室里,他贪婪地学习和实验,经常连续十几个小时查阅资料和做实验,有一次连续工作了30个小时。进入弗雷米实验室后的第二年,一位同学拿着一瓶药告诉他:“这是氟化钾。世界上没有人能从中提取单质氟。“我们的老师也不能吗?“是的,伟大的化学家戴维失败了。诺克斯、盖吕萨克、鲁耶特和尼克雷都失败了。他们中的一些人中毒了,有些人甚至死了。从那时起,“单质氟”、莫瓦桑脑海中不时出现“死亡元素”,这已成为他一生中最高的目标。


△实验室里莫瓦桑

莫瓦桑于1885年开始了他的人生工程。在查阅科学文献之前,他花了几个星期的时间,研究了几乎所有关于氟及其化合物的作品。他认为已知的方法不能单独分离氟,只有戴维想象的方法还没有实验过。戴维认为,磷和氧之间有很强的亲和力。如果氟化磷能产生,然后使氟化磷和氧作用,则可能产生氧化磷和氟。由于当时没有办法制造氟化磷,因此假设的实验没有实现。


因此,莫瓦桑使用氟化铅与磷化铜发生反应,获得气体中的三氟化磷,然后通过电火花将三氟化磷和氧的混合物烧毁。更令人沮丧的是,三氟化磷和氧根本不是氟,而是氟氧化磷。


当时,化学根本没有化学潜力的概念。自拉瓦锡时代以来,人们一直认为氧的氧化是最强的。氧甚至作为一种酸,帮助其他元素形成含氧酸并氧化其他物质。现在人们发现氟甚至可以作为氧的“酸素”形成氟氧化物。氧化性能应该有多强!


好吧,过去无数的失败教训似乎在证明一个骗子的悖论:我的瓶子是最具腐蚀性的东西。当然,一些智者会反驳:为什么它不能腐蚀你的瓶子?是的,我们知道氟是最具腐蚀性的单质,但要求我们找到一个不会被他腐蚀的容器是多么困难啊!


△白金容器可以用作坩埚,但很难抵抗氟的侵蚀。

然而,莫瓦桑永远不会放弃。他认为氟必须是最活跃的非金属元素,因此它不能在高温下制备,也不能使用替代反应等一般化学方法。看来只有用电解法!电解法也存在以前科学家的问题;有水,只把水分解成氢和氧;没有水,怎么导电?莫瓦桑的方法是在氟化砷和氟化磷中加入一点氟化钾,以帮助氟化砷和氟化磷在室温下导电。莫瓦桑接通了电流,电流过去了,阴极上慢慢积累了一层砷,莫瓦桑欣喜若狂。但没过多久,反应慢慢停止,他发现阴极上的砷阻碍了导电。他正准备调整自己的计划,却发现自己的精神开始不清醒,原来氟化砷和砷开始挥发,这些都是剧毒物质。“我会像以前的化学家一样死于氟吗?"他用最后的力气关掉了电流,昏倒了过去。


△莫瓦桑发现了氟的装置。

几个小时后,当他醒来时,他的妻子路在他身边哭泣。“亲爱的路更,我告诉过你很多次了。不要来我的实验室。这里充满了毒气。”“亲爱的莫瓦桑,如果我不来打开通风,我不知道你是否能醒来。停止你的实验,休息一下。”“哦,不!我不能休息。我的实验很快就会成功!”


莫瓦桑又开始做实验了,他找到了一根白金U管,打磨光滑,氟和光滑的白金表面反应缓慢。关键是塞子。接口处总有凹凸不平的地方。他花了四天时间把一大块萤石磨成塞子,最终保证了安全,氟不能与塞子发生反应。他将氟化砷、氟化磷和氟化钾的混合物放入U管中,并用冷却剂将系统温度降低到-23度。他插入电极,通过电流。很快,在阳极上方,一丝淡黄色的气体冒了出来。莫瓦桑激动得大喊:“Fluorine!Fluorine!”



“死亡元素”从舍勒开始,经过100多年,终于被创造出来了!在这背后,有无数化学家的血、泪甚至他们的生命。这是一段悲惨的历史,体现了人类对未知的渴望。这是人类文明最宝贵的精神!也就是说,你可以在一夜之间死去。


1906年,诺贝尔化学奖被授予莫瓦桑,以表彰他对氟单质发现的贡献。这个奖项是对他最有意义的回报,莫瓦桑于1907年因病去世。临死前,他叹了口气:夺走了我十年的生命!


莫瓦桑去世后,他的妻子路也因悲伤而去世。他们的儿子路易斯向巴黎大学捐赠了他们所有的遗产20万法郎作为奖学金,其中一个被称为莫瓦桑化学奖,以纪念他的父亲;另一个被称为路易斯药学奖,以纪念他的母亲。

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