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。氟的发现经历了一个悲壮的历程。
化学中的氟、氯、溴、碘四种元素,氯最被早发现。早在1774年,就已经制出了氯气,而从1786年发现氟的化合物,直到1886年才制出氟,中间经过了一个多世纪,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。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,让化学家们吃了很大的苦头,最终经过几代人的努力,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,用水吸收后,便成了一种有酸性的液体,这种液体就称为盐酸。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入浓硫酸,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),找好了住址(元素周期表上第二周期第ⅦA族)。
在1786年以后的漫长岁月里,化学家们煞费苦心,不屈不挠地辛勤工作,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。
因此化学家们就有些绝望了。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,这种方法叫做电解。
化学家们运用电解的方法,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,很难得到一点可见的氟气泡,而且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,曾因为身体中毒受到严重损伤而导致四次实验中断,最后直到1886年,他终于在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,所以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,充分运用冷却剂将其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做出的牺牲。