氟的制取论文.pdf

化学史的启示——氟的制取历程（一）氟的发现过程在化学元素史上，参加人数最多、危险最大、工作最难的研究课题，莫过于氟元素的发现自1768 年德国化学家马格拉夫（Marggraf,A.S.1709-1782）发现氢氟酸以后，到1886 年法国化学家莫瓦桑（ Moissan,H.1852 －1907）制得单质的氟，历时 118 年之久在这当中不少化学家损害了健康，甚至献出了生命，可以说是段极其悲壮的化学元素史1768年马格拉夫研究萤石，发现它与石膏和重晶石不同，判断它不是一种硫酸盐 1771年化学家舍勒用曲颈甑加热萤石和硫酸的混合物，发现玻璃瓶内壁腐剂 1810年法国物理学、化学家安培，根据氢氟酸的性质的研究指出，其中可能含有一种与氯相似的元素化学家戴维的研究，也得出同样的看法1813 年戴维用电解氟化物的方法制取单质氟，用金和铂做容器，都被腐蚀了后来改用萤石做容器， 腐蚀问题虽解决了， 但也得不到氟， 而他则因患病而停止了实验接着乔治 · 诺克斯（ Knox,G.）和托马斯 · 诺克斯（ Knox,R.T.）两弟兄先用干燥的氯气处理干燥的氟化汞， 然后把一片金箔放在玻璃接受瓶顶部实验证明金变成了氟化金，可见反应产生了氟而未得到氟。

在实验中，弟兄二人都严重中毒继诺克斯弟兄之后，鲁耶特（Louyet,P.）对氟作了长期的研究，最后因中毒太深而献出了生命法国化学家尼克雷（Nickles,J.）也遭到了同样的命运法国的弗雷米（ Fremy,E.1814 －1894）是一位研究氟的化学家，曾电解无水的氟化钙、氟化钾和氟化银， 虽然阴极能析出金属， 阳级上也产生了少量的气体，但始终未能收集到同时英国化学家哥尔 （Gore,D.G.1826-1908）也用电解法分解氟化氢， 但在实验的时候发生爆炸，显然产生的少量氟与氢发生了反应他以碳、金、钯、铂作电极，在电解时碳被粉碎，金、钯、铂被腐蚀这么多化学家的努力，虽然都没有制得单质氟， 但他们的经验和教训都是极为宝贵的，为后来制取氟创造了有利条件莫瓦桑出生于巴黎的一个铁路职员家庭因家境贫穷，中学未毕业就当了药剂师的助手他怀着强烈的求知欲，常去旁听一些著名科学家的讲演1872年他在法国自然博物馆馆长和工艺学院教授弗雷米的实验室学习化学，1874 年到巴黎药学院的实验室工作， 1877年获得理学士学位 1879 年通过药剂师考试，任高等药学院实验室主任 1 年成为药物学院的毒物学教授。

1891 年当选为法国科学院院士 1907年 2 月 20 日在巴黎逝世他在化学上的创造发明很多，现在主要介绍他在氟方面的研究1872 年莫瓦桑当上弗雷米教授的学生，开始在真正的化学实验室工作了弗雷米教授是当时研究氟化物的化学家，莫瓦桑在他的门下不仅学到了化学物质一般的变化规律，而且还学到了有关氟的化学知识和研究过程他知道早在60年代安培和戴维就已证明， 盐酸和氢酸是两种不同的化合物后一种化合物中含有氟，由于这种元素反应能力特别强，甚至和玻璃也能发生反应， 以致人们无法分离出游离的氟 弗雷米反复做了多种实验， 都没有找到一种与氟不起作用的东西虽然他知道制单质氟这个课题难着了许多化学家，可是莫瓦桑对氟的研究却非常感兴趣， 不但没有被困难所吓倒， 反而下定决心要攻克这个难关由于工作的变化，这项研究没有及时进行，所以在10 年以后，才集中精力开展研究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及其化合物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 戴维认为： 磷和氢的亲合力极强， 如果能制氟化磷， 再使氟化磷和氧作用， 则可能生成氧化磷和氟， 由于当时还没有方法制得氟化磷，因而设想的实验没有实现。

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，然后把三氟化磷和氧的混合物通过电火花，虽然也发出了爆炸的反应， 但并没有获得单质的氟，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，这正是实验失败症结所在因为氟是非常活泼的， 随着温度的升高， 它的活泼性也就大大地增加了即使在反应过程中它能够以游离的状态分离出来，它也会立刻和任何一种物质相化合显然，反应应该在室温下进行， 当然，能在冷却的条件下进行那就更好一些看来电解是唯一可行的方法了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开始制备剧毒的氟化砷了，随即遇到了新的困难， 原来氟化砷是不导电的在这种情况下，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能好， 可是在反应开始几分钟后，阴极表面覆盖了一层电解析出的砷，于是电流中断了莫瓦桑疲倦极了，十分艰难地支撑着 他关掉了联通电解装置的电源，随即倒在沙发椅上， 心脏病剧烈发作，呼吸感到困难，面色发黄，眼睛周围出现了黑圈莫瓦桑想到，这是砷在起作用， 恐怕只好放弃这个方案了。

出现这样的现象不是一次， 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危险，对他的健康状况极为担心可是莫瓦桑仍然继续进行实验，设计在低温下电解氟化氢由于干燥的氟化氢不导电， 于是往里面加入少量的氟化钾他把这个混合物放在一支Ｕ形的铂管中，然后通电流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拨掉Ｕ形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，原子塞子被腐蚀了！ 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，于是把荧石制成试验用的器皿莫瓦桑把盛有液体氢和氟化钾的混合物的Ｕ形铂管浸入制冷剂中， 以铂铱合金作电极， 用荧石制的螺旋帽盖紧管口，管外用氯化甲烷作冷冻剂，使温度控制在－23℃，进行电解终于在1886年第一次制得单质氟。

莫瓦桑的成就经过著名化学家的审查，认为是无可争论的 为了表彰他在制氟方面所作的突出贡献，法国科学院发给他一万法郎的拉· 卡泽奖金 20 年以后，又因他研究氟的制备和氟的化合物上的显著成就，而获得了1906 年的诺贝尔化学奖二）氟的作用如今，商业用氟主要用氟石来制取，运输的适合液化装在特殊容器里，用液化空气冷却 气态氟主要用于生产一种铀化合物——六氟化铀，通常是以六氟化铀的形式被运到大型气体扩散工厂氟在原子核研究中的另一个重要用途就是制备一种用于检测中子的气体——三氟化硼在有机氟方面，氟也有许多重要的作用氟利昂作为一种惰性气体，可以用作制冷剂，但由于氟利昂会破坏臭氧层， 所以现在已经被全面禁用 特氟隆（聚氟化碳）被应用于不粘锅的表面涂层，其他的碳氟化物还可以制气溶胶推进剂在人体健康方面，氟是人体必需的微量元素之一，在人体内发挥着重要的生理作用人体如果缺氟时，不但会容易发生龋齿，也会一定程度上影响骨骼，导致患骨质疏松 当然，过量的氟对人体是有危害的， 会导致氟中毒， 儿童氟中毒主要表现为氟骨症 氟摄入过多会对神经系统、 消化系统、 泌尿系统、 内分泌系统和免疫功能都会产生一系列不良影响三）氟元素发展给我们带来的启示和思考（1）科学研究需要莫大的勇气和不屈不挠的精神一部氟元素的发现史， 就是一代代的科学家和氟——这个“魔鬼”的斗争史，这其中包含了太多的血泪与辛酸，有着无数的爆炸和中毒， 许多科学家为此殉难，献出自己宝贵的生命， 他们有着莫大的勇气和不屈不饶的精神，为了氟的发现和前赴后继， 并没有因为巨大的艰难险阻和退缩，他们像被烧死在罗马鲜花广场的布鲁诺一样， 是科学道路上为了追求真理与信念的殉道者，他们的名字将永远铭刻在化学史与科学史的丰碑上， 他们的精神，也值得的后人的尊敬与学习。

2）科学的发展需要合作虽然最终是莫瓦桑发现了氟元素， 可是这个成果是建立在很多科学家研究的基础之上， 这其中不乏科学家之间的合作，如诺克斯两兄弟， 当然，不仅仅有同辈的直接合作， 更有代际间的精神合作， 如，莫瓦桑在戴维设想的启发下，改进了实验，最终用电解氢氟化钾的方法制得了氟单质我认为在莫瓦桑和戴维的合作就是一种精神层面，思想的合作所以，合作在科学研究中是至关重要的，当然，不仅仅是两个人或者是科研团队的合作，还可以是与前辈先贤们合作， 从他们的理念中获得思想的火花，精神的共鸣3）随着科技飞发展，科学研究过程可以进一步深化我们都知道，氟元素是最活泼的非金属元素，一般认为只有电解的方法才 能制得但是科学家一直没有放弃用纯化学方法制取氟的努力随着20 世纪元 素化学和结构化学的发展， 路易斯酸碱理论的提出， 科学家最终用纯化学的方法 “重新”发现了氟单质， 这是氟化学研究中的又一个重大成就科学技术的发展 推动了化学的进一步发展，使得人们认为以前从不可能发生的化学反应得以实 现，大大地深化了科学研究的范围，也开阔了新领域。