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第13章 百年怀胎才降生的凶神

每一个化学家都有一个习惯,这就是当他拿到一种从来没有见到过的新物质时,总要问这一物质里含有什么成分?是用什么原料,经过怎样的手段制造出来的?它有什么特性?可以用来做什么?等等。要一下子回答这一串的问题,可不是一件简单的,也不是三言两语就能说清楚的事情。解答化学之谜,要有许多人,经久不断地去做很多实际而又艰难的工作,甚至要为此而丧失宝贵的生命!科学家伟大之处,就是因为他们都有这种锲而不舍的精神。

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怀胎,带着一身煞气才出世的凶神。

化学上有氟、氯、溴、碘四种元素,氯被发现最早,时在1774年,当时就制出了氯气,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,而是长时间所用手段的能力达不到。发现溴、碘和同时制出单质的时间,分别是1824年和1811年。

氟、氯、溴、碘好像是同一对父母所生的四兄弟,有着相同的血统,在性格上既有相同的继承,又有各自的不同。

人们把它们按氟、氯、溴、碘的顺序排行,而不是按出生的年龄来分伯、仲、叔、季,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、碘的原子,都有跟金属原子结合的能力,且能力各有大小,但肚量是一样的,如它们结合钠原子,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、溴则介乎其间。这种性格上的差别是由它们天生的体质所决定的。这些就是化学家给它们排行的依据,并把它们立为元素体系中的一个很主要的家族。

现在还让我们来介绍氟,因为就是它给化学家吃了很大的苦头,经过几代人的努力,才把它接生到这个世上的。

在发现氯气前,人们就发明了盐酸。这是食盐加浓硫时产生一种气体,把这种气体用水吸收,成了一种有酸性的液体,就称这液体叫盐酸。第一次的氯气是用盐酸加软锰矿粉制出来的。

1768年有人发现把萤石加浓硫酸,也会产生制盐酸的气体那样的气体,它溶到水中,也会得到酸性的液体,但是这种酸性液体和其他任何物质,包括软锰矿粉一起反应,无论如何也得不到成分更简单的物质,企图用它能制出象氯气那样的一种新气体的希望,总是以失败而落空。但是越是实验失败,他们却越是坚信,在这种酸性液体和萤石中,一定含有一种历来未被人知的新元素,并在它尚未出世前,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ⅦA族)。

在1768年以后的漫长岁月里,科学家们煞费苦心,不屈不挠地辛勤劳动,抱着一个目的——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),氢氟酸及其气体氟化氢,跟盐酸(氢氯酸)及其气体氯化氢不同,前者是有剧毒性的,很多人因此中毒,甚至献出了生命!

氟为什么要这样,总让人见不到它的真面目呢?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挤出去。用化学反应的方法,在当时的情况下,是不可能制出氟气单质来的,做来做去不过是氟从这一化合物中转移到另一种化合物中去了而已。

化学家们是不是就此而绝望了呢?真是行到山前疑无路,竟然柳绿花红又一村。科学家发现了电的威力,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,这一作用叫做电解。

化学家用电解的方法,发现了多种新元素并制出了它们的单质。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,在常温下它就能跟很多物质反应,只要它在电极上一产生,就和电极以及电解容器的材料发生反应,怎样也得不到一点可见的氟气泡,当然在这一过程中又会有人中毒。法国人莫瓦桑有着超人的毅力,曾因为中毒,身体受到严重损伤而四次中断实验,最后到了1886年,终于在他的实验室里制出了气体的氟。

莫瓦桑用了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,也很有可能不会被氟气腐蚀。他在这一电解的容器中,放入氢氟化钾和无水液体氟化氢的混合物,充分用冷却剂冷却到零下二十几度,通上电流,让容器里的物质发生分解反应。莫瓦桑又聪明地想到,如果用玻璃导管和玻璃瓶来导出和收集氟气是行不通的,他知道氢氟酸能腐蚀玻璃,这是其他酸所没有的特性,再根据氯气的性质,推断氟气必会跟硅单质发生剧烈的反应。莫瓦桑采用以硅单质来检验氟气存在的方法,果然,当他打开电解容器上用萤石做成的帽盖,伸入一根硅条时,在阳极的上面,硅条突然着火燃烧起来。这说明阳极这一边,产生了大家等待已久的氟气。

现在化学上已有了更好的装置来生产氟气,防护的设备也更加完善。但是,人们总忘不了莫瓦桑,还有莫瓦桑以前的许多科学家,为制氟气所做的贡献和作出的牺牲。