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死亡元素:氟的传奇历史!
时间:2023-12-19 查看:1483

氟(Fluorine)是一种非金属化学元素,化学符号为F,原子序数为9。氟是卤族元素之一,属周期系ⅦA族,在元素周期表中位于第二周期。氟元素的单质是F2,它是一种淡黄色有剧毒的气体。氟气的腐蚀性很强,化学性质极为活泼,是氧化性最强的物质之一,甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应。

氟是人体骨骼和牙齿中不可缺少的元素,适量的氟可以增加骨骼的硬度、抑制口腔细菌的生长。氟也是国民经济发展的重要元素,在汽车、电子信息、建筑材料、石油化工、金属、玻璃、农业等领域都发挥着重要作用。

然而,在化学元素发现史上,氟元素的发现可谓是参加人数最多、持续时间最长、危险性最大的研究课题。

“制氟之战”拉开序幕

关于氟元素的记载,最早可以追溯到1529年,德国矿物学家阿格里克拉曾在手记中记录,矿工在钢铁冶炼炉中加入一种矿石,这种矿石可以提高炉温,除去硫、磷等杂志,并且还能和炉渣形成共熔物,使得矿渣和金属铁更易分离。这种矿石便是后来为人熟知的萤石。

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到了1670时,德国一个名为施瓦哈德的玻璃工在偶然之下把萤石和硫酸混在一起,产生的气体使他的眼镜蒙上了一层薄雾,让他意识到这种气体能够腐蚀玻璃。于是他开始利用这一方法对玻璃进行雕刻,制成拥有各式花样的玻璃艺术品,Becoming a glass sculptor highly appreciated by the imperial court and family,赚到不少钱,但对这一技术的原理,他始终一无所知。

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1780年,瑞典化学家卡尔·威尔海姆·舍勒对这一现象十分着迷,他猜测萤石与硫酸接触产生的这种气体,很有可能含有某种未知的活泼元素,为了验证自己的猜想,他进行了多次实验,但他因中毒早早离开人世,未得答案。

后来,很多化学家们都积极投入到对这一气体的研究当中,他们发现萤石与硫酸混合后得到的混合物,性质与盐酸十分相似,但比盐酸稳定,而且对于玻璃和一些硅酸盐矿物的腐蚀性非常强。
1810年时,英国化学家戴维通过实验得出结论:氯气是一种元素而非化合物,并指出酸中也许不一定含有氧元素。

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这一发现给法国化学家安培带来了很大启发,他根据研究指出,这种萤石与硫酸产生的混合物中可能含有一种和氯相似的元素,他将这种元素命名为fluorine(氟)。得知这一结论的戴维,开始使用他最擅长的电解法尝试分离出氟单质。

至此,化学家们的“制氟之战”拉开序幕。

与氟的激烈交锋

戴维对电解装置进行了多次改进,反复试验,最终都以失败告终,Also forced to stop research due to severe symptoms of fluorosis。The study was also forced to stop due to severe symptoms of fluorosis.

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同一时期,法国化学家盖·吕萨克和泰纳合作开展了电解法制氟的实验,同样因中毒而终止了实验。
1834年,戴维的学生法拉第也曾对电解法制氟进行尝试,但实验均未成功。

1836年,爱尔兰科学院的乔治·诺克斯和托马斯·诺克斯两兄弟试图用氯与氟化汞反应制取氟单质,但在实验过程中中毒倒下,被紧急送往医院救治。
比利时化学家保林·鲁耶特和法国化学家杰罗姆·尼克雷也先后开展了进一步的研究,最终因此中毒,为科学献身。
1906年,莫瓦桑因为在氟单质制备和氟化合物合成上的outstanding成就获得诺贝尔化学奖,成为了因对化学元素的发现做出贡献而获得诺贝尔化学奖的第二人。
成功制备出氟单质以后,莫瓦桑开始进行氟化物的研究,成为了first place制备出许多新氟化物的化学家,他制备了气态的氟代甲烷、氟代乙烷、异丁基氟,通过碳与氟的反应合成了许多氟碳化合物,其中最引人注目的就是四氟代甲烷,Because it was the predecessor of the later high-efficiency refrigerant Freon。
莫瓦桑将自己研究氟的成果编成了《氟及其化合物》一书,作为后人研究氟及其化合物的参考资料。

结语:关于氟的更多可能
氟元素成功制备的百余年后,含氟化合物广泛运用于人类生活中的方方面面,为生产力的发展与人类社会的进步做出了重要贡献,传统产业如玻璃生产、陶瓷制作、金属冶炼等,新兴行业如新能源电池、半导体等,都有氟的踪影。
氟化学开拓者们将自身的智慧与执着化为利器,在未知的氟领域艰辛摸索,开拓了通往真理的道路,而他们面对未知领域时一往无前的探索精神将如灯塔的光一般,Leading us towards deeper and broader directions,寻见关于氟的更多可能。


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1854年,法国化学家埃德蒙·弗雷米多次用电解法电解熔融的无水氟化钙、氟化钾和氟化银,生成的气体很快将铂电极腐蚀,始终未能收集到氟。
1869年,英国化学家比尔·哥尔也决定尝试用电解法分解氟化氢制备氟单质,但由于不了解氟的性质,实验中产生的少量单质氟与氢气发生了剧烈的化合反应,引发了爆炸事故。

这时,很多科学家已经意识到:氟是一种非常活泼的元素,要将这种元素从化合物中分离出来十分困难。

攻克:梦寐以求的氟单质

1872年,一个名叫亨利·莫瓦桑的年轻人成为了埃德蒙·弗雷米的学生,开始了自己的化学研究之路。
当制备单质氟的研究课题交到莫瓦桑手上时,他并未对这个难倒了众多化学家的难题感到气馁,反而下定决心要攻克这一难题。

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莫瓦桑依据文献中的实验记载,进行了多次实验,但都没有成功,还因为尝试用氟化砷来进行电解而中毒,Forced to interrupt the experiment。

最终,莫瓦桑改进了电解装置,设计了铂制U形管装置,用萤石制成塞子,并用冷冻剂为实验装置降温,降低反应温度,终于在通入电流后得到了无数科学家梦寐以求的氟。这一年是1886年,距离安培将其命名为氟已经过去了七十六年。

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