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第29章 莫瓦桑不畏艰险制得氟气

亨利·莫瓦桑,法国著名化学家。因首次制得单质氟等一系列发明获得1906年诺贝尔化学奖。

亨利·莫瓦桑出生于19世纪中期的法国巴黎。他家境贫寒,自幼过着贫穷的生活。莫瓦桑儿时最大的愿望就是上学,像其他孩子一样能背上书包走进学校,在课堂上认认真真地向老师学习。但是他太穷了,交不起学费,只能站在教室外面偷偷听课。他最受不了那些课堂上的学生对他的私下议论,那指指划划的神态,那小声地窃窃私语,都使他感到胸中好似压上了一块石头。为了学习他不得不忍下这一口气,等老师进了教室,关上门之后,他才慢慢地溜到教室外面,快下课时他又提前离去。就这样,他学到了不少知识。

上中学的时候,莫瓦桑遇到了一个很好的老师,这个老师叫查理·詹姆斯,是教数学的。他教学非常认真,总希望在他的学生中发现一个对数学有兴趣的学生。

一天,数学课后,学生们都争先恐后地跑到教室外面去玩了,莫瓦桑却静静地坐那里似乎在思考什么问题。

“亨利,你在想什么问题吗?”

“啊!老师,你看,这些题有点难,我不太会解。”莫瓦桑打开练习本,把题目展示在老师面前。

老师拿起练习本,看了看,他发现莫瓦桑做题所用的定理竟是课堂上还没有学习过的。“这是一个很好的孩子。”詹姆斯老师心里为之一振,“我这里还有一些很有趣的习题,你愿意做吗?不过可有点难啊!”老师抚摩着小莫瓦桑的头。

“当然想啦,很有趣吗?我不怕难题。”

“那你就到我家里来吧。”

这样在课余的时间里,莫瓦桑就向詹姆斯教师学习数学。但是老师很快就发现,莫瓦桑最感兴趣的是化学和物理。老师的心里有点不快,不过老师还是很喜欢这个上进的孩子,应该尊重孩子的兴趣和爱好,老师还不时为莫瓦桑找来有关化学方面的参考书,满足他的需要。

但因为家境贫寒,莫瓦桑却无法继续在学校安心地上学了,他必须尽快地找一个工作,减轻父母的负担。就这样,莫瓦桑中学都没有毕业就走上了社会。

当时,在巴黎的一个交叉路口,有一家十分著名的老药店,名叫班特利药店。一天店铺里十分宁静,只有研杵和研钵发出的轻微均匀的响声,那是几个学徒在研磨药物,带着老花镜的老药剂师,在翻看一本很厚的书,寻找药物的化学配方。

当时的巴黎,医药化学十分发达,化学家和医生都坚信,化学方法是治病救命、战胜死神的法宝。但是由于科学发展水平的限制,当时的化学药品,只对少数极简单的疾病有效。

在药店的学徒中,有一位机智聪明的青年,他就是莫瓦桑,正当他细心研磨药品时,突然,药店的门被撞开了,一个中年男子跌跌撞撞地冲了进来,他脸色焦黄,汗流满面,额头青筋暴起,呼吸困难,眼神十分吓人,“救——救命吧——”他上气不接下气地低声说。药店的人都放下手里的工作,围在他身边。“您怎么啦?”老药剂师问。“我——中了砒霜毒,我把它当药吃了,现在——,药性已发作了——。我——肚子痛得厉害。”老药剂师慢慢地摘下眼镜,摇摇头,低声说:“已经没有办法了,在这个时候最好的医生也无能为力了。您还有什么话要嘱咐的吗?请快说吧,我们一定把您的遗嘱告诉您的家人。”气氛十分紧张,大家都默不作声。

“请等一下!让我来看一看,也许还有救。”一个18岁左右的年轻人从人群中挤出来。他是才到药房来做学徒的,人们都把目光集中到学徒身上。他,一个年轻人有这么大本事吗?只见这个学徒转身走进药房,站在药橱前,先取下了一瓶吐酒石,这是能够引起呕吐的药品。然后又取下几瓶药,量好了药量,配制成解药,亲自把药喂到中毒者的口中。服药后,中毒者的症状逐渐减轻,一个眼看就要死亡的人得救了。

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。

莫瓦桑在弗罗密实验室当实习生时,有一次,他的同学阿尔曼拿着一瓶药品对他说:“这就是氟化钾,世界上还没有一个人能制出单质氟来!”

“难道我们的老师弗罗密教授也制不出来吗?”莫瓦桑问。

“制不出来。”阿尔曼十分感慨地说,“以前所有人的所有制取单质氟的实验都失败了,大化学家戴维就曾想制取,不但没有成功,而且还中了毒。爱尔兰科学院的诺克斯兄弟,在制取单质氟时,哥哥中毒死了,弟弟进了医院。此外,还有比利时的鲁那特、法国的危克雷,都在做这类实验时被毒死了。著名的盖·吕萨克也差点送了命。你要知道,亲爱的莫瓦桑,氟是死亡元素,千万别去碰它。”

“我不怕。阿尔曼,我将来一定要制出单质氟来!”莫瓦桑坚定地回答。

“那你可要倍加小心!”阿尔曼又关照了一句。

这次实验室谈话以后,莫瓦桑增加了一件心事,单质氟总萦绕在他的脑海中。“单质氟,单质氟,死亡元素,死亡元素……”他有时在梦中也嘟囔着。怎么样才能把这种“死亡元素”的秘密揭开呢?莫瓦桑一直在思考这个问题。

19世纪80年代中期,莫瓦桑开始制备氟。他知道这个课题难倒了许多化学家,可是他不但没有气馁,反而下定决心要攻克这个难关。

莫瓦桑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,只有戴维设想的方法还没有试验过。戴维曾预言:磷和氧的亲合力极强,如果能制得氟化磷,再使氟化磷和氧作用,则可能生成氧化磷和氟。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。他把三氟化磷和氧的混合物通过电火花,虽然也发生了爆炸反应,但得到的并非单质的氟,而是氟氧化磷。

莫瓦桑又进行了一连串的实验,都没有达到目的。经过长时间的探索,他终于得出了这样的结论:他的实验都是在高温下进行的,这正是实验失败的症结所在。他想起他的老师弗雷米说过的话:电解可能是唯一可行的方法。他想如果用某种液体的氟化物,例如用氟化砷来进行电解,那么怎样呢?这种想法显然是大有希望的。莫瓦桑制备了剧毒的氟化砷,但随即遇到了新的困难——氟化砷不导电。在这种情况下,他只好往氟化砷里加入少量的氟化钾。这种混合物的导电性很好,可是在电解几分钟后,电流又停止了,原来阴极表面覆盖了一层电解出的砷。

莫瓦桑也觉得自己全身软弱无力,心脏剧烈地跳动,呼吸急促而困难。“难道我也会像历史上的化学家一样,因氟中毒死掉吗,绝对不能!氟还没有制出来,要赶快离开实验室!”莫瓦桑想。但是,他哪里还走得动!不过神智还清醒,他艰难地拾起右手,关掉了电门,随后就倒在沙发椅上……一个小时,又一个小时,当他醒来的时候,看见妻子站在他的身旁,她在低声哭泣,脸上挂满泪珠。

“亲爱的,我对你说过,千万别到实验室来,这里全是毒品,连空气都一样,会影响你的健康……”莫瓦桑艰难地对妻子说着。

“亲爱的莫瓦桑,如果我不来打开通风窗,不知你还能否醒来……你照照镜子吧,你现在又黄又瘦,还有些发青,我打电话叫医生来,他会让你休息一个月。”妻子更不高兴了。

“我现在一天也不能休息,制取氟的工作就要成功了!”

出现这样的现象不止一次,他曾因中毒而中断了四次实验。莫瓦桑的爱妻莱昂妮看到他漫无节制地给自己增加工作,而且又经常冒着中毒的危险,对他的健康状况极为担心。

休息了一段时间后,莫瓦桑的健康状况有了好转,他继续进行实验。剩下唯一的方案是电解氟化氢。他按照弗雷米的办法,在铂制的容器中蒸馏氟氢酸钾,得到了无水氟化氢液体。他用铂制的U型管作容器,用强耐腐蚀的铂铱合金作电极,并用氯仿作冷却剂将无水氟化氢冷却到-23℃进行电解。在阴极上很快就出现了氢气泡,但阳极上却没有分解出气体。电解持续近一小时,分解出来的都是氢气,连一点氟的影子也没有。莫瓦桑一边拆卸仪器,一边苦恼地思索着,也许氟根本就不能以游离状态存在?当他拔掉U型管阳极一端的塞子时,惊奇地发现塞子上覆盖着一层白色粉末状的物质。可不是么,原来塞子被腐蚀了!氟到底还是分解出来了,不过和玻璃发生了反应,这一发现使莫瓦桑受到了极大的鼓舞。他想,如果把装置上的玻璃零件都换成不能与氟发生反应的材料,那就可以制得单体的氟了。荧石不与氟起作用,用它来试试吧,于是他用荧石制成试验用的器皿。莫瓦桑把盛有液体氟化氢的U型铂管浸入制冷剂中,用荧石制的螺旋帽盖紧管口,再进行电解。

多少年来化学家梦寐以求的理想终于实现了!1886年,莫瓦桑第一次制得了单质的氟气!这种气体遇到硅立即着火,遇到水即生成氧气和臭氧,与氯化钾反应置换出氯气。通过几次化学反应,莫瓦桑发现氟气确实具有惊人的活泼性。

他进一步制备出许多新的氟化物,如氟代甲烷、氟代乙烷、异丁基氟等。其中四氟化碳的沸点是-15℃,很适合做致冷剂,这是最早的氟利昂。此外还发明了“莫瓦桑电炉”,并用它制备了很多新化合物。

20世纪初的一年,莫瓦桑得了阑尾炎,手术很成功,但他的心脏病却加剧了。他终于认识到多年以来一直没有关心自己的身体健康。莫瓦桑不得不承认:“氟夺走了我十年的生命”。当年,这位在化学实验科学上闪烁着光芒的科学家被夺走了宝贵的生命。

在化学元素发现史上,持续时间之长,参加的化学家人数之多,危险之大,莫过于元素氟的制取了。氟这种非常活泼的元素,为了制取它,许多化学家献出了宝贵的生命,可以称得上化学发展史中一段悲壮的历程。而莫瓦桑以超人的胆略,严谨的研究,攻克了这一难题。人们将永记莫瓦桑的名字。

多次失败的打击并没有击垮莫瓦桑的意志,尽管实验室条件很差,尽管他曾几次中毒,但是莫瓦桑毫不气馁,终于研究制出单质氟。莫瓦桑是科学家中的英雄。

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