为什么氟被称为「死亡元素」?

为什么氟被称为「死亡元素」?

ChemX,化学/成分解读/科普

因为早期研究“氟元素”的化学家,要么直接噶了,要么英年早逝。

氟元素的发现史可谓是极其黑暗,极其悲壮,非常坎坷,大量的化学家被这玩意“坑”过,失去健康,甚至为此殒命,说它是「死亡元素」真的很恰当。

1771 年,化学家舍勒将萤石和硫酸放在一起加热,结果发现玻璃容器都被腐蚀了,他认为这其中产生了一种酸性物质,他把这种酸性物质命名为“萤石酸”,这玩意就是腐蚀性极强的氢氟酸!在研究氟元素的过程中,舍勒同学八成与氢氟酸进行“亲密接触”。

最终,亲爱的舍勒同学,44 岁,卒。

著名的化学家舍勒曾经与氟元素进行交锋,当然我们不能直接肯定就是氟害死了它,但是舍勒品尝过氢氰酸、吸过火焰空气,这些在如今看来作死的行为很可能间接害死了他。

法国化学家安培(对,就是电流单位的那个安培,他在物理上的成就更知名),研究氢氟酸的各种性质,认为这是一种和盐酸类似的酸。1810 年,他提出氢氟酸中可能还有一种和氯相类似的新元素,他提议将它命名为“氟”,意思是易于流动的意思。安培的想法中已经有了“族”的模糊概念,也是门捷列夫提出元素周期律的基础之一。

所幸,安培没有去开展发现氟的实验,他苟到了 61 岁。

大名鼎鼎的安培也研究过氟这玩意,好在他没有亲自上手。

1813 年,“电解狂魔”戴维已经利用电流发现了几种新元素,这次他决定用他的利器电流来分解氟化物。一开始,他用氯化银和铂做容器,向氢氟酸通电,结果铂电极都被腐蚀了?这玩意实在是太猛了,于是戴维打算“以毒攻毒”,直接用氟化物萤石做容器。

他重新通电,结果这次阳极收集到了气体,发现是老熟人:氧气。看来电解的是水,而不是氢氟酸,大失所望。

戴维还是因此而影响了健康,所幸后来,戴维因为忙于其他工作而没有继续氟的研究,他最后活到了 50 岁。

戴维也与氟的交锋中败下阵来,难以窥见死亡元素的真正面目。

与此同时,法国科学家盖吕萨克和泰纳也用同样的方法尝试获得氟,都没有成功,这两人还因为吸入过量的氢氟酸而中毒,被迫停止了实验。

法国著名化学家盖吕萨克也在氟元素的研究上吃了大亏。

1834 年,戴维的徒弟法拉第接过师傅的衣钵,设法揭开制取游离氟的谜,未果。

勤奋的法拉第也没有分离出单质氟,非常遗憾。

1836 年,苏格兰化学家诺克斯兄弟俩也向这一难题发起挑战。他们用干燥的氯气处理干燥的氟化汞,并用一片金箔放在容器的顶部,事实上他们确实得到了氟,依据就是顶部的金箔已经变成了氟化金,只是他们没有想到连黄金都被制得的氟所腐蚀。

更让人唏嘘的是,他们哥俩都严重中毒,弟弟托马斯·诺克斯几乎死亡,哥哥乔治·诺克斯被送到意大利疗养了三年才恢复健康。

此后,比利时化学家鲁耶特不避艰辛和危险,不断重复诺克斯兄弟的实验,虽然采取了防毒措施力图避免中毒,但因长期从事这项研究,最后竟因中毒太深而献出了宝贵的生命。

不久,法国化学家尼克雷也同样殉难。

1854 年,法国化学家弗雷米电解熔融的无水氟化钙、氟化钾和氟化银,虽然在阴极上能析出这些金属,阳极上也产生了少量气泡,而生成的气体很快将铂电极腐蚀,即使他想尽了一切办法,始终未能收集到氟。他又尝试电解液态无水氟化氢,同样失败,因为氟化氢是共价化合物,即使是液态也不电离,因此是绝缘体。电解含水的氟化氢,前辈已经失败了N次,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,结果发生了爆炸。原来少量的氟单质生成,与分解水生成的氢气化合引起爆炸。他又试验了金、铂、碳等多种电极材料,无一不遭到破坏。

众多的化学家在氟的研究上频频败下阵来,事情到了 1885 年开始出现了转机。

1885 年,法国化学家莫瓦桑花了好几个星期的时间查阅科学文献,研究了几乎全部有关氟及其化合物的著作。

他认为已知的方法都不能把氟单独分离出来,只有戴维设想的一种方法还没有试验过。戴维认为:磷和氧的亲合力极强,如果能制氟化磷,再使氟化磷和氧作用,则可能生成氧化磷和氟,由于当时还没有方法制得氟化磷,因而设想的实验没有实现。

莫瓦桑在实验室工作

于是莫瓦桑用氟化铅与磷化铜反应,得到了气体的三氟化磷,然后把三氟化磷和氧的混合物通过电火花,结果发生了爆炸,烧坏了两个白金管,更令人丧气的是三氟化磷和氧生成的根本不是氟,而是氟氧化磷。

当时的化学还根本没有化学势的概念,从拉瓦锡时代开始,人们就一直认为氧的氧化性是最强的。氧元素甚至作为酸素帮助其他元素形成含氧酸,去氧化其他物质。现在人们发现了,氟甚至能作为氧的“酸素”,把氧给氧化了,形成氟氧化物。

莫瓦桑通过改进,在氟化砷、氟化磷中加入一点氟化钾,这样氟化钾可以帮助室温下的氟化砷、氟化磷导电。

当他接通了电流,电流通了过去,阴极上开始慢慢积累了一层砷,莫瓦桑欣喜异常。可是没过多久,反应慢慢停止了,他发现是因为阴极上的砷阻碍了导电。

他正准备调整他的方案,却发现自己的神志开始不清醒了,原来氟化砷和砷开始挥发,这些都是剧毒的物质。

他用最后的力气关闭了电流,昏倒了过去。

莫瓦桑发现氟的装置

当他醒来的时候,已经是几个小时以后了,莫瓦桑又开始做实验了,他找了一个白金的 U 型管,将它打磨光滑,氟与光滑的白金表面反应较慢。关键是塞子,在接口处,总有凹凸不平的地方,他花了四天时间将一大块萤石磨制成一个塞子,这样总算可以确保安全,而且让氟可以不与塞子反应了。

他将氟化砷、氟化磷、氟化钾的混合物装进 U 型管,又用冷却剂将体系的温度降到 -23 度,他插入电极,通上电流,很快,在阳极的上方,一丝又一丝淡黄色的气体冒了出来。莫瓦桑激动异常,大喊道:“Fluorine!Fluorine!”

1906 年,诺贝尔化学奖被授予莫瓦桑,以表彰他发现氟单质的贡献。这个授奖是对他最有意义的回报,而且也正当时,因为 1907 年,莫瓦桑就因病去世了,享年 56 岁,临死之前,他感叹:氟夺走了我十年的生命!

“死亡元素——氟”从舍勒开始,历经 100 多年,终于被制造了出来!在这背后,是无数化学家的血泪甚至他们的生命,这是一段悲壮的历史,更凝聚着人类对于未知的渴望,这是人类文明最可贵的精神!

参考:《鬼脸化学课·元素家族》