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元素凶神
来源:世界科技百科 专题:化学天地

每一个搞化学研究的人都有一个习惯,这就是每当他拿到一种从来没有见到过的新物质时,总想要弄清楚这一物质里含有哪些成分? 是用什么原料,经过怎样的方法制造出来的? 它有什么特性? 可以用来做什么? 等等.想要一下子解答这一串的问题,并不是一件简单的事,也不是三言两语就能说清楚的.解答化学之谜,需要有许多人经久不息的努力去做很多实际而又艰苦的工作,甚至为此而献出宝贵的生命!

这其中最有代表性的就是氟元素从被发现到制出氟气单质的过程.可以说它是经过百年孕育,带着一身的煞气,才得以出世的凶神。

化学中的氟、氯、溴、碘四种元素,氯被最早发现.早在1774年,就已经制出了氯气,1786年发现了氟的化合物,直到1886年才制出氟,中间经过了一个世纪还多,这并不能完全责备氟的脾气怪,而是因为在很长时间内所用手段的能力达不到.发现溴、碘制出单质的时间,分别是1824年和1811年。

氟、氯、溴、碘好像是同一父母所生的四兄弟,有着相同的血统,在性格上既有相同的地方,又有其各自不同的特点。

人们把它们按氟、氯、溴、碘的顺序排行,并不是按发现的年代来分的,这是为什么呢? 这是化学家比算命先生更讲究实际的地方。

氟、氯、溴、碘四种原子,都具有跟金属原子相结合的能力,而且能力有大有小,但肚量却是一样的,如它们结合钠原子,就都只能接纳一个,结合时氟原子是如狼似虎,而碘原子却是温文尔雅,氯、溴则介乎两者之间.这种性格上的差别是由它们天生的性质所决定的.化学家是以它们这些不同性质为依据给它们排行顺序的,并把它们作为元素体系中的一个很重要的家族。

而氟这个元素,因为其化学性质非常活跃,因此它让化学家们吃了很大的苦头,经过几代人的努力,才把它接生到这个世上来。

在发现氯气前,人们就发明了盐酸.这是用食盐加浓硫酸时所产生的一种气体,人们把这种气体用水吸收后,便成了一种有酸性的液体,就称这种液体为盐酸.第一次单质的氯气是用盐酸加软锰矿粉制出来的。

在1786年有人发现把萤石加浓硫酸,也会产生制盐酸时那样的气体,它溶到水中,也同样会得到酸性的液体,但是这种酸性的液体和其他任何物质,包括软锰矿粉一起反应,就无论如何也得不到成分更简单的物质了,人们企图用它也能制出像氯气那样的一种新气体,然而希望总是以失败而落空.但是实验越是失败,化学家却越是坚信,在这种酸性液体和萤石中,一定含有一种从来未被人知道的新元素,并在它尚未制出单质前,就起了名字( Fluorum,含有活泼流动的意思),规定了符号(F),找好了住地(元素周期表上第二周期第Ⅶ A 族)。

在1786年以后的漫长岁月里,化学家们煞费苦心,不屈不挠地辛勤劳动,他们抱着一个共同的目的——制出氟气.他们实验操作时,一刻也离不开氢氟酸(跟盐酸同为姊妹酸),这种氢氟酸及其气体氟化氢,跟盐酸(氢氯酸)及其气体氯化氢不一样,前者是有剧毒性的,很多化学家因此中了毒,甚至献出了宝贵的生命!

氟为什么总让人见不到它的真面目呢? 这是因为氟的化学性质太活泼了,它在化合物中跟别的元素结合的能力特别强,没有一种物质能够把它从化合物里的位置上分离出去.用化学反应的方法,在当时情况下,是完全不可能制出氟气单质来的,制来制去不过是氟从这一种化合物中转移到另一种化合物中去而已。

化学家们因此就有些绝望了.真是行到山前疑无路,竟然柳暗花明又一村.科学家后来发现了电的威力,它不仅可以照明、开动机器,而且可以使难以分解的化合物发生分解反应,这一种方法叫做电解。

化学家们运用电解的方法,从而发现了多种新元素并制出它们的单质。

当然电解氟的化合物,必然也可以制出氟气.由于氟的化学性质太活泼了,在常温下它就能跟很多物质发生反应,只要它在电极上刚一产生,便和电极以及电解容器的材料发生反应,怎么也难得到一点可见的氟气泡,当然在这一过程中还会有人中毒.法国人莫瓦桑有着超人的毅力,曾因为身体中毒,而受到严重损伤导致四次中断实验,最后直到1886年,终于在他的实验室里制出了气体的氟。

莫瓦桑采用金属铂制的电解容器,以铂铱合金为电极,他认为这些金属的化学性质极不活泼,绝大多数的化学药品都不能腐蚀它,也不会发生反应,也很有可能不会被氟气腐蚀.他在这一电解容器中,放入氢氟化钾和无水液体氟化氢的混合物,充分运用冷却剂冷却到零下二十几度,然后通上电流,让容器里的化学物质发生分解反应.聪明的莫瓦桑又想到,如果用玻璃导管和玻璃瓶来导出和收集氟气是行不通的,因为他知道氢氟酸能腐蚀玻璃,这也是其他酸所没有的特性,再根据氯气的性质,他推断出氟气必会跟硅单质发生剧烈的反应.因此莫瓦桑便采用以硅单质来检验氟气存在的方法,当他打开电解容器上用萤石做成的帽盖,伸入一根硅条,这时在阳极的上面,硅条突然着火燃烧起来.这个现象表明阳极这一边,已产生了大家盼望已久的氟气。

现代化学上已有更好的装置来生产氟气了,防护的设备也更加完善.然而,人们总也忘不了莫瓦桑,以及在莫瓦桑以前的许多科学家,为制氟气所做的贡献及作出的牺牲。

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