穆瓦桑的成就贡献:分离出单质氟、氟气的发现过程
19世纪初以来,人们付出了无数的心血乃至生命的代价,都没有制得单质氟,氟的“死亡元素”之称不胫而走,提取氟一时成为化学界的禁区,人人“谈氟色变”。1876年,法国青年学者穆瓦桑注意到了这一挑战性课题。当穆瓦桑了解到科学家前辈们制取单质氟的艰辛过程后,不仅没有被吓倒,反而坚定了其从事这一研究工作的决心。穆瓦桑研读了大量科学文献。前辈们失败的实验过程中包含着许多宝贵的经验和教训,这些都为穆瓦桑探索制取单质氟之路提供了帮助。
穆瓦桑首先计划通过氟化磷来制取单质氟,但在制取氟化磷的过程中碰到了困难。氟化铅与磷化铜反应后没有按原计划生成氟化磷,而是生成了氟氢化磷。这一实验方案失败后,穆瓦桑设想采用电解剧毒物质氟化砷来制取单质氟,但随即又碰到氟化砷不导电的困难。穆瓦桑尝试在液体氟化砷中加入少量氟化钾,电解液不导电的问题解决了,但电极上析出了砷,而并非单质氟。这次实验中,穆瓦桑的身体出现了呼吸困难和心脏病发作等严重的中毒反应,导致试验暂停。
多次实验失败后,穆瓦桑又回到用氢氟酸电解制备单质氟的思路上。穆瓦桑发现铂铱合金所制的电解槽及电极不受氟气的侵蚀。他想,如果在无水氟化氢液体中溶解一些氟化钾,并在低温下电解该溶液,氢气可能就会自阴极放出,氟气则自阳极放出。
也许历史永远会记得这一天——1886年6月26日,穆瓦桑在历经无数次实验失败后,终于通过这一方法在-25℃的低温下成功制取出卤素氟的单质。一种淡黄色的气体——氟气,第一次出现在世人的面前。此时距科学家们初次尝试实验制取单质氟已经过去了3/4个世纪,穆瓦桑投身到这项危险的实验工作中也已经10年有余,其间穆瓦桑在实验中曾四次中毒,身体健康受到严重损害。
穆瓦桑在分离出单质氟之后,还制备出许多新的氟化物,如气态的氟代甲烷、氟代乙烷、异丁基氟。1890年,他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化碳(CF 4 ),这是20世纪合成高效致冷剂氟碳化合物(氟里昂)的先声。他将研究成果写成了《氟及其化合物》一书,这是一本研究氟的制备及其氟化物性质的开山之作。1891—1892年,穆瓦桑研究了纯硼的制备,在氢气氛下用金属镁还原三氧化二硼制得了纯度为99%的单质硼。他还发明了高温电弧炉,使化学反应能够在2000℃下进行,从而开辟了高温化学这一新的领域。凭借上述杰出的成就,穆瓦桑获得1906年诺贝尔化学奖。