氟化物(史上最悲壮的元素——氟的发现)

数学史上曾经有过无数未解难题，这些难题曾经让众多数学家的脑细胞备受折磨，他们的主要武器是纸和笔。

物理学家们也遇到过难题，他们除了和数学家一样在办公室里提出理论，还需要用实验来验证他们的想法。但是，大多数时候，除了多费一些电以外，他们也是安全的。

在历史上，化学家们则是需要勇气的，他们为了解决难题，为了证明自己的设想，有些时候需要将安全置之度外，甚至需要冒着生命的风险。今天我们要说的乃是化学史上最悲壮的一段：化学元素史上，参加人数最多、危险最大、工作最难的研究课题——氟的发现历程。

△ 萤石，现代氟化工的主要原料

对于危险的事情，我们可爱的舍勒同学总是冲在第一线的，1771年，他听闻之前的一些故事，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”。现在我们知道了，这就是腐蚀性极强的氢氟酸！

我们没有任何关于舍勒品尝或者闻嗅氢氟酸的记录，但是我们知道舍勒习惯亲自“品尝”一下发现的化学元素。他曾经闻过“火焰空气”，还尝过剧毒的氢氰酸，我们有理由相信，舍勒同学一定会与氢氟酸进行“亲密接触”。最终我们知道，舍勒同学，44岁，卒。

△图为瑞典化学家舍勒

法国物理学家、化学家安培是一个善于思考的人，他从氢氟酸的各种性质看出来，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。

好在安培没有去开展发现氟的实验，所以他活到了61岁。

△图为法国化学家安培

真正的化学家不会满足于这种模糊的认知，他们最大乐趣莫过于发现了未知的事物，至于风险和安全，他们既然已经决定投身化学事业，就早已经将这些置之度外。

1813年，大帅哥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。

真是个厉害东西，竟然把白金都腐蚀！“好吧，那我干脆用氟化物：萤石做容器好了！氟化物已经是被氧化之后的产物，总不能继续呗氧化了吧。”戴维想。

他重新通电，结果这次阳极收集到了气体，戴维一检查，发现是老熟人：氧气。看来电解的是水，而不是氢氟酸。

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。

△图为英国化学家戴维

跟戴维同时期，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。

△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，设法揭开制取游离氟的谜，未果。

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。

诺克斯兄弟之后，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。你看，氟的发现史简直就是一部烧钱史，无数的黄金白金就这样打了水漂，好吧，我承认我太物质了。

氟的发现史上，经历了那么多痛彻的失败，大家把这种未知元素称为“死亡元素”，闻之色变。这没有挡住勇者的脚步，还有很多化学家明知山有虎，偏向虎山行，弗雷米的学生莫瓦桑就是其中一个。

△图为法国化学家莫瓦桑

莫瓦桑是一个法国铁路工人的儿子，从小家境困苦，一直到12岁，他才进入小学。虽然他的父亲没有钱给他买书和文具，但是他特别热爱学习，每次考试都是第一名。他尤其热爱化学，从老师那里借来了各种化学书，如饥似渴地阅读，同时，还自己动手做各种化学实验。没多久他就因为家庭困难而辍学去药店做了学徒。

在这期间，莫瓦桑竟然出了名。有一次，药店里冲进来一个人，他汗流满面，呼吸困难，大喊救命：“我中了砒霜毒。”老药剂师摇摇头，表示无能为力了。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，结果病人很快就好转，过几天就康复了。事后，巴黎的一家小报以《“起死回生”的药店学徒》为题，报道了这件事，许多巴黎人都知道了莫瓦桑的名字。

当然莫瓦桑不是追求名利的人，他一边做学徒，一边自学，22岁那年，他考试通过，拿到了中学毕业证书，25岁那年，又拿到了大学毕业证书，并考上了化学家弗雷米的研究生，这成为他一生的转折点。在弗雷米的实验室里，他贪婪的学习和实验，经常连续十几小时查阅资料和做实验，有一次竟然连续工作三十小时。在他进入弗雷米实验室后的第二年，有一个同学拿着一个药品的瓶子告诉他：“这是氟化钾，世界上还没有一个人能从里面提取出单质氟。”“我们的老师也不能吗？”“是的，大化学家戴维都失败了，诺克斯、盖吕萨克、鲁耶特、尼克雷都失败了，他们中的有一些中毒，有一些甚至送了命。”从此，“单质氟”、“死亡元素”在莫瓦桑的脑海里不时的浮现出来，这已经成为他人生中最高远的目标。

△莫瓦桑在实验室

1885年，莫瓦桑开始了他的人生工程。他先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。

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”，形成氟氧化物，这该有多强的氧化性能！

好了，过去的无数失败教训似乎是在论证一个骗子的悖论：我的瓶子里是腐蚀性最强的东西。当然就会有智者反驳：那它为什么腐蚀不了你的瓶子呢？是的，我们知道氟是腐蚀性最强的单质，然而又要求我们找到能不被他腐蚀的容器，这得有多难！

△白金容器可以用作坩埚，但是却很难抵御氟的侵蚀。

然而莫瓦桑绝对不会放弃，他想：氟必然是一种最活泼的非金属元素，那就不能在高温下制备它，也不能用一般的化学方法，如置换反应等。看来，只有用电解法了！电解法同样存在之前科学家们的问题；有水吧，只是把水分解成氢和氧；没有水吧，怎么导电呢？莫瓦桑的方法是，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。莫瓦桑接通了电流，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。“难道我也会像之前的化学家，因为氟而死去吗？”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，他的妻子路更正在他身边哭泣。“亲爱的路更，跟你说过多少次了，你不要来我的实验室，这里全是毒品毒气。”“亲爱的莫瓦桑，如果不是我过来打开通风，不知道你还能不能醒来。快停止你的实验吧，休息一段时间。”“哦，不！我不能休息，我的实验马上就要成功了！”

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！”

“死亡元素”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！朝闻道夕可死，此之谓也。

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，临死之前，他感叹：氟夺走了我十年的生命！

莫瓦桑死后，他的妻子路更也因悲痛而去世。他们的儿子路易将他们的所有遗产20万法郎捐献给巴黎大学作为奖学金，一种叫做莫瓦桑化学奖，用以纪念他的父亲；另一种叫做路更药学奖，用以纪念他的母亲。

向化学家们致敬！