元素發現史-鹵素

特性顯明的鹵族元素

一、氟，一段悲壯的發覺史

在化學元素史上，參與人數最多、危急最大、工作最難的探討課題，莫過于

氟元素的發覺。氟的發覺被認為是19世紀最困難的事情之一。1529年，德國化

學家阿里科爾證明白菌石的存在，人們從今起先相識氟的漫漫征程。

1768年馬格拉夫探討螢石，發覺它與石膏

和重晶石不同，推斷它不是一種硫酸鹽。1771年化

學家舍勒用曲頸甑加熱螢石和硫酸的混合物，發覺

玻嘀瓶內壁腐劑。181()年法國物理學、化學家安培,

依據氫氟酸的性質的探討指出，其中可能含有一種與氯相像的元素。

化學家戴維的探討，也得出同樣的看法。1813年戴維用電解氟化物的方法制

取單質氟，用金和箱做容器，都被腐蝕了。后來改用螢石做容器，腐蝕問題雖

解決了，但也得不到氟，而他則因患病而停止了試驗。

接著喬治?諾克期(Knox,G.)和托馬斯?諾克斯(Knox,R.T.)兩弟兄先用

干燥的氯氣處理干燥的氟化汞，然后把一片金箔放在玻璃接受瓶頂部。試驗證

明金變成了氟化金，可見反應產生了氟而未得到氟。在試驗中，弟兄二人都嚴

峻中毒。繼諾克斯弟兄之后，魯耶特(Louyet,P.)對氟作了長期的探討，最終因

中毒太深而獻出了生命。

法國化學家尼克雷(NicklesJ.)也遭到了同樣的命運。法國的弗雷米

(Fremy,E.1814-1894)是一位探討氟的化學家，曾電解無水的氟化鈣、氟化鉀

和氟化銀，雖然陰極能析出金屬，陽級上也產生了少量的氣體，但始終未能收集

到。同時英國化學家哥爾(Gore,D.G.18261908)也用電解法分解氟化氫，但在試

驗的時候發生爆炸，明顯產生的少量氟與氫發生了反應。他以碳、金、鉗、柏作

電極，在電解時碳被粉碎，金、鋁、箱被腐蝕。這么多化學家的努力，雖然都沒

有制得單質氟,但他們的閱歷和教訓都是極為珍貴的，為后來制取氟創建了有

利條件。莫瓦桑誕生于巴黎的一個鐵路職員家庭。因家境貧困，中學未畢業就當

了藥劑師的助手。他懷著猛烈的求知欲，常去旁聽一些聞名科學家的講演。1872

年他在法國自然博物館館長和工藝學院教授弗雷米的試驗室學習化學，1874年

到巴黎藥學院的試瞼室工作，1877年獲得理學士學位。1879年通過藥劑師考試，

任高等藥學院試驗室主任。1886年成為藥物學院的毒物學教授。1891年當選為

法國科學院院士。1907年2月20日在巴黎逝世。他在化學上的創建獨創很多，

現在主要介紹他在氟方面的探討。

1872年莫瓦桑當上弗雷米教授的學生，起先在真正的化學試驗室工作了。弗

雷米教授是當時探討氟化物的化學家，莫瓦桑在他的門下不僅學到了化學物質一

般的改變規律，而且還學到了有關氟的化學學問和探討過程。他知道早在6()年

頭安培和戴維就已證明，鹽酸和氫酸是兩種不同的化合物。后一種化合物中含有

氟，由于這種元素反應實力特殊強，甚至和玻璃也能發生反應，以致人們無法

分別出游離的氟。弗雷米反復做了多種試驗，都沒有找到一種與氟不起作用

的東西。雖然他知道制單質氟這個課題難著了很多化學家，可是莫瓦桑對氟的探

討卻特別感愛好，不但沒有被困難所嚇倒，反而下定決心要攻克這個難關。由于

工作的改變，這項探討沒有剛好進行，所以在10年以后，才集中精力開展探討。

莫瓦桑先花了好幾個星期的時間查閱科學文獻，探討了幾乎全部有關氟及

其化合物的著作。他認為已知的方法都不能把氟單獨分別出來只有戴維設想的方

法還沒有試驗過。戴維認為：磷和氫的親合力極強，假如能制氟化磷，再使氟化

磷和氧作用，則可能生成氧化磷和氟，由于當時還沒有方法制得氟化磷，因而

設想的試驗沒有實現。于是莫瓦桑用氟化鉛與磷化銅反應，得到了氣體的三氟化

磷，然后把三氟化磷和氧的混合物通過電火花，員然也發出了爆炸的反應，但并

沒有獲得單質的氟，而是氟氧化磷。

莫瓦桑又進行了一連串的試驗，都沒有達到目的。經過長時間的探究，他最

終得出了這樣的結論：他的試驗都是在高溫下進行的，這正是試驗失敗癥結所在。

因為氟是特別活潑的，隨著溫度的上升，它的活潑性也就大大地增加了。即使

在反應過程中它能夠以游離的狀態分別出來，它也會立即和任何一種物質相化合。

明顯，反應應當在室溫下進行，當然，能在冷卻的條件下進行那就更好一些。著

來電解是唯一可行的方法了。他想假如用某種液體的氟化物，例如用氟化珅來進

行電解，那么怎樣呢？這種想法明顯是大有希望的。莫瓦桑起先制備劇毒的氟

化神了，隨即遇到了新的困難，原來氟化碑是不導電的。在這種狀況下，他只好

往氟化珅里加入少量的氟化鉀。這種混合物的導目性能好，可是在反應起先幾分

鐘后，陰極表面覆蓋了一層電解析出的碑，于是電流中斷了。莫瓦桑疲乏極了，

特別艱難地支撐著。他關掉了聯通電解裝置的電源，隨即倒在沙發椅上，心臟病

猛烈發作，呼吸感到困難，面色發黃，眼睛四周匕現了黑圈。莫瓦桑想到，這是

碑在起作用，唯恐只好放棄這個方案了。出現這樣的現象不是一次，曾因中毒而

中斷了四次試驗。莫瓦桑的愛妻萊昂妮看到他漫無節制地給自己增加工作，而且

又常常冒著中毒危急，對他的健康狀況極為擔憂。可是莫瓦桑仍舊接著進行試驗，

設計在低溫下電解氟化氫。由于干燥的氟化氫不導電，于是往里面加入少量的氟

化鉀。他把這個混合物放在一支u形的箱管中，然后通電流。在陰極上很快就出

現了氫氣泡，但陽極上卻沒有分解出氣體。電解持續近一小時，分解出來的都是

氫氣，連一點氟的影子也沒有。莫瓦桑一邊拆卸儀器，一邊苦惱地思索著，或許

氟根本就不能以游離狀態存在。當他撥掉U形管陽極一端的塞子時，驚異地發

覺塞子上覆蓋著一層白色粉末狀的物質。可不是么，原來塞子被腐蝕了！氟究

竟還是分解出來了，不過和玻璃發生了反應。這一發覺使莫瓦桑受到了極大的鼓

舞。他想，假如把裝置上的玻璃零件都換成不能與氟發生反應的材料，那就可以

制得單體的氟了。螢石不與氟起作用，用它來試試吧，于是把螢石制成試驗用的

器皿。莫瓦桑把盛有液體氟化氫和氟化鉀的混合物的U形鈾管浸入制冷劑中，以

粕鉞合金作電極，用螢石制的螺旋帽蓋緊管口，管外用氯化甲烷作冷凍劑，使溫

度限制在一23C,進行電解。最終在1886年第一次制得單質氟。

莫瓦桑的成就經過聞名化學家的審查，認為是無可爭辯的。為了表彰他在制

筑方面所作的突出貢獻，法國科學院發給他一萬法郎的拉?卡澤獎金。20年以

后，又因他探討氟的制備和氟的化合物上的顯著成就，而獲得了1906年的諾貝

爾化學獎。

二、一日三餐離不開的氯

在1774年，瑞典化學家舍勒(ScheeleKW,1742-1786)在從事軟鎰礦的探

討時發覺：軟鎰礦與鹽酸混合后加熱就會生成一種令人窒息的黃綠色氣體，這種

氣體微溶于水，使水顯酸性。能漂白有色花朵和綠葉，還能和各種金屬發生反應。

當時，大化學家技瓦錫認為氧是酸性的起源，一切酸中都含有氧。舍勒及很多化

學家都堅信拉瓦錫的觀點，認為這種黃綠色的氣體是一種化合物，是由氧和另外

一種未知的基所組成的，所以舍勒稱它為“氧化鹽酸”。但英國化學家戴維(Davy

SH,1778-1829)卻持有不同的觀點，他想盡了一切方法也不能從氧化鹽酸中把

氧奪取出來，他懷疑氧化鹽酸中根本就沒有氧存在。1810年，戴維以無可辯駁的

事實證明白所謂的氧化鹽酸不是一種化合物，而是一種化學元素的單質。他將這

種元素命名為“Chlorine”。它的希臘文原意是“綠色”。中文譯名為氯。

氯氣常溫下為黃綠色氣體，可溶于水，1體積水能溶解2體積氯氣。有

毒，與水部分發生反應，生成鹽酸（HC1）與次氯酸（HC1。），次氯酸（HCI。）

不穩定，分解放出氧氣，并生成鹽酸，次氯酸氧化性很強，可用于漂白。氯的

水溶液稱為氯水，不穩定，受光照會分解成HQ與氧氣。液態氯氣稱為液氯。

HC1溶液是一種強酸。氯有多種可改變合價。氯氣對肺部有猛烈刺激。氯可與

大多數元素反應。氯氣具有強氧化性氯氣與變價金屬反應時，生成最高金屬氯

化物。

自然界的氯大多以離子的形式存在于化

合物中。約旦死海的海水中鹽的質量分數為

28%,是世界上氯離子濃度最大的海水。

青海察爾汗鹽湖由于水分不斷蒸發，鹽湖

上形成了堅硬的鹽層。

約旦死海

青海察爾汗鹽湖是座聚寶盆，積累了

足夠全國人民食用千年的食鹽。

氯是重要化工原料，可制鹽酸、漂白

粉，用于制造殺蟲劑、自來水消毒、制塑

料、合成橡膠的原料。氯具有毒性，每升

空氣中含有2.5毫克氯氣時即可在幾分鐘

青海察爾汗鹽湖

內使人死亡。氯是不行缺少的常量元素之一,

是維持體液和電解質平衡必需的，也是胃液的一種成分。（成年人每天大約要攝

入5克食鹽，以補充流失的鹽分，所以我們的一日三餐離不開氯。）

三、沉睡海底千年的美人一澳

法國化學家巴拉爾（1802-1876）,1842年在探討鹽湖中植物的時候，將從大

西洋和地中海沿岸采集到的黑角菜燃燒成灰，然后用浸泡的方法得到一種灰黑色

的浸取液。他往浸取液中加入氯水和淀粉，溶液即分為兩層：下層顯藍色，這是

由于淀粉與溶液中的碘生成了化合物；上層顯棕黃色。為什么會出現這種現象呢?

經巴拉爾的探討，認為可能有兩種狀況：一是氯與溶液中的碘形成新的氯化碘，

這種化合物使溶呈棕黃色；二是氯把溶液中的新元素置換出來了，因而使上層溶

液呈棕黃色。于是巴拉爾想了些方法，試圖把新的化合物分開，但都沒有脛利。

所以他斷定這次一種與氯、碘相像的新元素。

1825年德國海德堡高校學生羅威把家鄉克羅次納的一種礦泉水通入氯氣，

產生一種紅綜色的物質。這種物質用乙醛提出，再將乙醛蒸發，則得到紅綜色的

液浸。所以他也是獨立發覺澳的化學家。

液漠，在常溫下龍深紅棕色液體，可溶于水，10。克水能溶解約3克澳，揮

發性極強，有毒，蒸氣猛烈刺激眼睛、粘膜等。水溶液稱為溪水。澳單質須要存

儲容器的封口帶有水封，防止蒸氣逸出危害人體。有氧化性，有多種可改變合價，

常溫下與水微弱反應，生成氫漠酸和次漠酸。加熱可使反應加快。氫謨酸是一種

強酸，酸性強于氫氯酸。澳一般用于有機合成等方面。還可用于一些物質的萃取

（如碘）

滅火器中也有澳,我們平常看到的諸如“1211”滅火器，就是分子里面有一個

澳原子的多鹵代烷燒，不僅能撲滅一般火險，在泡沫滅火器無法發揮作用的時候,

例如油火，它也能撲滅火險.

現在醫院里普遍運用的冷靜劑，有一類就是用澳的化合物制成的，如澳化鉀、

漠化鈉、漠化鐵等，通常用以配成“三漠片”，可治療神精衰弱和歇斯底里癥°大

家熟識的紅藥水,也是澳與汞的化合物.此外，青霉素等抗菌素生產也須要澳，澳還

是制造農業殺蟲劑的原料.

澳可以用來制作防爆劑.把溪的一種選購化合物與鉛的一種有機化合物同時

摻入汽油中,可以有效地防止發動機爆烯.澳化銀是一種重要的感光材料,被用于

制作膠卷和相紙等.我國近年已制造出了澳鴿燈,成為取代碘鴿燈的新光源.

四、智力元素一碘

?法國化學家庫特瓦(Courtois,B.1777-1838)

提

取

哨

緩緩燃燒成灰銅制鍋石

加水浸漬、

和

黑角菜和其其

過濾、洽澄

它

他藻類植物的

加水浸漬、過

鹽

清類

濾、澄清

冷六物體/------------

將水發現銅鍋被

上凝結美麗的紫色

美麗的紫色,溶液溶液腐蝕得

蒸氣蒸氣加熱很厲害

蒸發

最終他只好請法國化學家德索爾姆和克萊芒接著這一探討，并同意他們自由

地向科學界宣布這種新元素的發覺經過。1813年德索爾姆和克萊芒，在《庫特瓦

先生從一種堿金屬鹽中發覺新物質》的報告中寫道：“從海藻灰所得的溶液中含

有一種特殊奇異的東西，它很簡單提取，方法是將硫酸傾入溶液中，放進曲頸甑

內加熱，并用導管將曲頸甑的口與彩形器連接。溶液中析出一種黑色有光澤的粉

末，加熱后，紫色蒸氣冉冉上升，蒸氣凝聚在導管和球形器內，結成片狀晶體。”

克萊芒信任這種晶體是一種與氯類似的新元素，再經戴維和蓋?呂薩克等化學家

的探討，提出了碘具有元素性質的論證。1814年這一元素被定名為碘，取希臘文

紫色的意義。

碘在常溫下如右圖為紫黑色固體，具有金屬光

澤，易升華和凝華，易溶于汽油、乙醇、苯等溶

劑，微溶于水，加碘化物可增加碘的溶解度并加

快溶解速度。低毒，氧化性弱，有多種可改變合

價。氫碘酸為無放射性的最強氫鹵酸，也是放射

性的最強無氟酸。但腐蝕性是全部無放射氫鹵酸中最弱的，因為碘原子的半徑

較大，電子親和能與電負性較小，易于損失氫離子。有