氟元素的发掘之路:时刻与“死神”相伴的化学家们
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-17
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 。氟是特种塑料、橡胶和冷冻机(氟氯烷)中的关键元素。由于氟的特殊化学性质,氟化学在化学发展史上有重要的地位。
早在 1529 年,德国矿物学家阿格里克拉曾记载过,当时矿工已用萤石(一种含氟的矿石)作为炼钢时的铸熔剂。
萤石(Fluorite)又称氟石。自然界中较常见的一种矿物,可以与其他多种矿物共生,世界多地均产,有 5 个有效变种。等轴晶系,主要成分是氟化钙(CaF₂) 。结晶为八面体和立方体。晶体呈玻璃光泽,颜色鲜艳多变,质脆,莫氏硬度为 4,熔点 1360℃,具有完全解理的性质。部分样本在受摩擦、加热、紫外线照射等情况下可以发光。
该矿物来自火山岩浆,在岩浆冷却过程中,被岩浆分离出来的气水溶液内含氟,在溶液沿裂隙上升的过程里,气水溶液中的氟离子与周围岩石中的钙离子结合,形成氟化钙,冷却结晶后即形成萤石。
1670 年德国玻璃工施瓦哈德偶尔将萤石与硫酸接触,产生了一种气体,使他所戴的眼镜上蒙上了一层薄雾,他意识到这种气体可以腐蚀玻璃。于是他用蜡保护玻璃的某些部分,使其他部分受这种气体的腐蚀,这样玻璃表面就形成了花纹图案。有花纹图案的玻璃受到了宫廷皇室的赏识,这项利用氟化氢刻蚀玻璃的技术使他赚了不少钱。
1780 年瑞典化学家卡尔・威尔海姆・舍勒对这一现象着迷,设想萤石与硫酸接触产生的气体可能含有某种未知的、更为活泼的元素。为此他多次进行这一反应实验。由于当时缺乏化学检测方法,化学家常采用鼻嗅口尝的办法去鉴别,结果导致他在 43 岁的盛年就因中毒而过早离开了人世。执着使化学家们前赴后继地追求知识。
1836 年爱尔兰人诺克斯兄弟企图用氯与氟化汞反应以制取元素氟未获成功,却因中毒而长期被病痛折磨。随后比利时化学家劳埃脱重复了上述实验,结果也因氟化氢中毒而献出了生命。
劳埃脱的学生弗莱明总结了前人失败的经验,认为氟元素十分活泼,用化学方法难以成功。1885 年,他采用当时已有的电解方法做试验,但干燥的气体氟化氢并不导电,他的实验也失败了,却积累了大量的经验。
研究工作传递到弗莱明的学生亨利・莫瓦桑(1852-1907),他继续研究这一课题。年轻的莫瓦桑看到制备单质氟这个研究课题难倒了这么多的化学家,不但没有气馁,反而下了很大的决心要攻克这一难关。莫桑自己设计了铂制 U 形管装置,在白金电极上接通电流电解"无水氢氟酸",为了防止生成高温气体腐蚀容器,还采用了冷冻剂为实验装置降温,由此生成的一种淡黄的气体正是他梦寐以求的氟。
莫瓦桑是第一位制备出许多新的氟化物的化学家,他制备了气态的氟代甲烷、氟代乙烷、异丁基氟。1890 年通过碳与氟的反应制备了许多氟碳化合物,其中最引人注目的是四氟代甲烷 CF4,它是利用氟与甲烷或氯仿或四氯化碳的作用制得的,沸点只有-15℃。莫瓦桑的这项工作,可以说使莫瓦桑成为二十世纪合成一系列作为高效的致冷剂的氟碳化合物(氟里昂)的先驱。
1900 年制备了气态的六氟化硫,它的化学性质与氮气极为相似,将它加热到比较高的温度也不会分解,也不与熔融的碱发生反应。由于六氟化硫的惰性和化学稳定性,已经成为一种优良的气体绝缘材料。他还先后合成了铂、碱土金属、铱、镁的氟化物以及五氟化碘和硝酰氟。他将研究氟的成果编成了《氟及其化合物》一书,是一本研究氟及其化合物的制备和性质的重要资料。
亨利・莫瓦桑"明知山有虎,偏向虎山行",为献身于科学,实验中曾 4 次中毒。为此他荣获 1906 年诺贝尔化学奖。因为健康受到了严重的损害,获奖后的第 2 年他就去世了,年仅 54 岁。
氟元素的发现至今已有百余年,许多含氟的化合物为人类的生活和生产作出了重大的贡献,如聚四氟乙烯的优异性能是原子能、航天技术不可缺少的材料,冷冻剂氟利昂,含氟的纤维、涂料、抗癌药剂、锂离子电池中的六氟磷酸锂等储电材料等,它们中的氟元素都起到了重要作用。我们应该对以莫桑为首的氟化学开拓者心怀深深的敬意。
★ 图书简介 ★
★ 作者简介 ★
本文来自微信公众号:原点阅读 (ID:tupydread),作者:金涌,编辑:张润昕
2022-12-21 18:24:11相关文章
- 美国法院裁定阿里须为Squishmallows玩具侵权案答辩
2023-12-28 19:59:34
- 小米汽车传员工3700人 雷军称小米汽车不可能卖9万9
2023-12-28 19:41:57
- 国家新闻出版署:认真研究《网络游戏管理办法(草桉徵求意见稿)》关切 实行前进一步完善
2023-12-28 19:14:56
- 天猫新规可以无条件申请“仅退款”了?淘宝天猫又离狗多多零元购近了一步
2023-12-28 18:57:55
- 印度以打击金融犯罪为由逮捕了两名 vivo 高管
2023-12-26 16:49:01
- 在国外微信收不到国内信息?微信和WeChat将被拆分
2023-12-15 10:40:15
- 苹果iPhone15 系列手机发布最新消息 预计上市发布时间9月
2023-08-06 23:21:02
- 华为将发布鸿蒙HarmonyOS4操作系统 功能五大升级支持设备清单
2023-08-06 23:17:37
- 整治自媒体网红账号 400万粉丝网红发布擦边视频被无限期封禁
2023-07-12 09:56:09
- 网传微信文件传输助手是真人是真的吗?微信官方回应
2023-06-27 15:53:32
- 电信移动送手机成了“信用购”?你上了运营商的贷款套路了吗?
2023-06-12 17:18:55
- 中国电信广东地区崩了无信号 客服回应已在核实处理
2023-06-08 15:39:04
- 消息称小米新能源汽车价格表正讨论定价区间:双版本不同配置,高配或超 35 万元
2023-03-06 12:56:03
- 华为因制裁被传或分拆剥离手机业务? 内部人士回应:可能性不大.
2023-03-05 23:26:41
- OPPO正式发布安第斯智能云,让终端更智能
2023-02-24 16:02:27
- 华为与OPPO签订全球专利交叉许可协议 包括5G蜂窝通信专利
2023-02-24 16:02:26
- 老蛙将推MINI镜头新品:目前未知具体规格 官宣将于12月20日发布
2023-02-24 16:02:26
- 首发全新35mm定制光学系统 努比亚Z50性能同样强悍
2023-02-24 16:02:25
- Redmi K60屏幕细节曝光:全系标配2K护眼柔性直屏+5000mAh大容量电池
2023-02-24 16:02:25
- OPPO Find N2今天发 合金金属折叠屏更轻了
2023-02-24 16:02:24