元素发现史-卤素

特性显明的卤族元素

一、氟，一段悲壮的发觉史

在化学元素史上，参与人数最多、危急最大、工作最难的探讨课题，莫过于

氟元素的发觉。氟的发觉被认为是19世纪最困难的事情之一。1529年，德国化

学家阿里科尔证明白菌石的存在，人们从今起先相识氟的漫漫征程。

1768年马格拉夫探讨萤石，发觉它与石膏

和重晶石不同，推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，发觉

玻嘀瓶内壁腐剂。181()年法国物理学、化学家安培,

依据氢氟酸的性质的探讨指出，其中可能含有一种与氯相像的元素。

化学家戴维的探讨，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，用金和箱做容器，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试验。

接着乔治•诺克期(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。试验证

明金变成了氟化金，可见反应产生了氟而未得到氟。在试验中，弟兄二人都严

峻中毒。继诺克斯弟兄之后，鲁耶特(Louyet,P.)对氟作了长期的探讨，最终因

中毒太深而献出了生命。

法国化学家尼克雷(NicklesJ.)也遭到了同样的命运。法国的弗雷米

(Fremy,E.1814-1894)是一位探讨氟的化学家，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.18261908)也用电解法分解氟化氢，但在试

验的时候发生爆炸，明显产生的少量氟与氢发生了反应。他以碳、金、钳、柏作

电极，在电解时碳被粉碎，金、铝、箱被腐蚀。这么多化学家的努力，虽然都没

有制得单质氟,但他们的阅历和教训都是极为珍贵的，为后来制取氟创建了有

利条件。莫瓦桑诞生于巴黎的一个铁路职员家庭。因家境贫困，中学未毕业就当

了药剂师的助手。他怀着猛烈的求知欲，常去旁听一些闻名科学家的讲演。1872

年他在法国自然博物馆馆长和工艺学院教授弗雷米的试验室学习化学，1874年

到巴黎药学院的试睑室工作，1877年获得理学士学位。1879年通过药剂师考试，

任高等药学院试验室主任。1886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。他在化学上的创建独创很多，

现在主要介绍他在氟方面的探讨。

1872年莫瓦桑当上弗雷米教授的学生，起先在真正的化学试验室工作了。弗

雷米教授是当时探讨氟化物的化学家，莫瓦桑在他的门下不仅学到了化学物质一

般的改变规律，而且还学到了有关氟的化学学问和探讨过程。他知道早在6()年

头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，由于这种元素反应实力特殊强，甚至和玻璃也能发生反应，以致人们无法

分别出游离的氟。弗雷米反复做了多种试验，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很多化学家，可是莫瓦桑对氟的探

讨却特别感爱好，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

工作的改变，这项探讨没有刚好进行，所以在10年以后，才集中精力开展探讨。

莫瓦桑先花了好几个星期的时间查阅科学文献，探讨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别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，假如能制氟化磷，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

设想的试验没有实现。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，员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试验，都没有达到目的。经过长时间的探究，他最

终得出了这样的结论：他的试验都是在高温下进行的，这正是试验失败症结所在。

因为氟是特别活泼的，随着温度的上升，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别出来，它也会立即和任何一种物质相化合。

明显，反应应当在室温下进行，当然，能在冷却的条件下进行那就更好一些。着

来电解是唯一可行的方法了。他想假如用某种液体的氟化物，例如用氟化珅来进

行电解，那么怎样呢？这种想法明显是大有希望的。莫瓦桑起先制备剧毒的氟

化神了，随即遇到了新的困难，原来氟化碑是不导电的。在这种状况下，他只好

往氟化珅里加入少量的氟化钾。这种混合物的导目性能好，可是在反应起先几分

钟后，阴极表面覆盖了一层电解析出的碑，于是电流中断了。莫瓦桑疲乏极了，

特别艰难地支撑着。他关掉了联通电解装置的电源，随即倒在沙发椅上，心脏病

猛烈发作，呼吸感到困难，面色发黄，眼睛四周匕现了黑圈。莫瓦桑想到，这是

碑在起作用，唯恐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

中断了四次试验。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

又常常冒着中毒危急，对他的健康状况极为担忧。可是莫瓦桑仍旧接着进行试验，

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形的箱管中，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，或许

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，惊异地发

觉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！氟究

竟还是分解出来了，不过和玻璃发生了反应。这一发觉使莫瓦桑受到了极大的鼓

舞。他想，假如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。萤石不与氟起作用，用它来试试吧，于是把萤石制成试验用的

器皿。莫瓦桑把盛有液体氟化氢和氟化钾的混合物的U形铀管浸入制冷剂中，以

粕钺合金作电极，用萤石制的螺旋帽盖紧管口，管外用氯化甲烷作冷冻剂，使温

度限制在一23C,进行电解。最终在1886年第一次制得单质氟。

莫瓦桑的成就经过闻名化学家的审查，认为是无可争辩的。为了表彰他在制

筑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，又因他探讨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、一日三餐离不开的氯

在1774年，瑞典化学家舍勒(ScheeleKW,1742-1786)在从事软镒矿的探

讨时发觉：软镒矿与盐酸混合后加热就会生成一种令人窒息的黄绿色气体，这种

气体微溶于水，使水显酸性。能漂白有色花朵和绿叶，还能和各种金属发生反应。

当时，大化学家技瓦锡认为氧是酸性的起源，一切酸中都含有氧。舍勒及很多化

学家都坚信拉瓦锡的观点，认为这种黄绿色的气体是一种化合物，是由氧和另外

一种未知的基所组成的，所以舍勒称它为“氧化盐酸”。但英国化学家戴维(Davy

SH,1778-1829)却持有不同的观点，他想尽了一切方法也不能从氧化盐酸中把

氧夺取出来，他怀疑氧化盐酸中根本就没有氧存在。1810年，戴维以无可辩驳的

事实证明白所谓的氧化盐酸不是一种化合物，而是一种化学元素的单质。他将这

种元素命名为“Chlorine”。它的希腊文原意是“绿色”。中文译名为氯。

氯气常温下为黄绿色气体，可溶于水，1体积水能溶解2体积氯气。有

毒，与水部分发生反应，生成盐酸（HC1）与次氯酸（HC1。），次氯酸（HCI。）

不稳定，分解放出氧气，并生成盐酸，次氯酸氧化性很强，可用于漂白。氯的

水溶液称为氯水，不稳定，受光照会分解成HQ与氧气。液态氯气称为液氯。

HC1溶液是一种强酸。氯有多种可改变合价。氯气对肺部有猛烈刺激。氯可与

大多数元素反应。氯气具有强氧化性氯气与变价金属反应时，生成最高金属氯

化物。

自然界的氯大多以离子的形式存在于化

合物中。约旦死海的海水中盐的质量分数为

28%,是世界上氯离子浓度最大的海水。

青海察尔汗盐湖由于水分不断蒸发，盐湖

上形成了坚硬的盐层。

约旦死海

青海察尔汗盐湖是座聚宝盆，积累了

足够全国人民食用千年的食盐。

氯是重要化工原料，可制盐酸、漂白

粉，用于制造杀虫剂、自来水消毒、制塑

料、合成橡胶的原料。氯具有毒性，每升

空气中含有2.5毫克氯气时即可在几分钟

青海察尔汗盐湖

内使人死亡。氯是不行缺少的常量元素之一,

是维持体液和电解质平衡必需的，也是胃液的一种成分。（成年人每天大约要摄

入5克食盐，以补充流失的盐分，所以我们的一日三餐离不开氯。）

三、沉睡海底千年的美人一澳

法国化学家巴拉尔（1802-1876）,1842年在探讨盐湖中植物的时候，将从大

西洋和地中海沿岸采集到的黑角菜燃烧成灰，然后用浸泡的方法得到一种灰黑色

的浸取液。他往浸取液中加入氯水和淀粉，溶液即分为两层：下层显蓝色，这是

由于淀粉与溶液中的碘生成了化合物；上层显棕黄色。为什么会出现这种现象呢?

经巴拉尔的探讨，认为可能有两种状况：一是氯与溶液中的碘形成新的氯化碘，

这种化合物使溶呈棕黄色；二是氯把溶液中的新元素置换出来了，因而使上层溶

液呈棕黄色。于是巴拉尔想了些方法，试图把新的化合物分开，但都没有胫利。

所以他断定这次一种与氯、碘相像的新元素。

1825年德国海德堡高校学生罗威把家乡克罗次纳的一种矿泉水通入氯气，

产生一种红综色的物质。这种物质用乙醛提出，再将乙醛蒸发，则得到红综色的

液浸。所以他也是独立发觉澳的化学家。

液漠，在常温下龙深红棕色液体，可溶于水，10。克水能溶解约3克澳，挥

发性极强，有毒，蒸气猛烈刺激眼睛、粘膜等。水溶液称为溪水。澳单质须要存

储容器的封口带有水封，防止蒸气逸出危害人体。有氧化性，有多种可改变合价，

常温下与水微弱反应，生成氢漠酸和次漠酸。加热可使反应加快。氢谟酸是一种

强酸，酸性强于氢氯酸。澳一般用于有机合成等方面。还可用于一些物质的萃取

（如碘）

灭火器中也有澳,我们平常看到的诸如“1211”灭火器，就是分子里面有一个

澳原子的多卤代烷烧，不仅能扑灭一般火险，在泡沫灭火器无法发挥作用的时候,

例如油火，它也能扑灭火险.

现在医院里普遍运用的冷静剂，有一类就是用澳的化合物制成的，如澳化钾、

漠化钠、漠化铁等，通常用以配成“三漠片”，可治疗神精衰弱和歇斯底里症°大

家熟识的红药水,也是澳与汞的化合物.此外，青霉素等抗菌素生产也须要澳，澳还

是制造农业杀虫剂的原料.

澳可以用来制作防爆剂.把溪的一种选购化合物与铅的一种有机化合物同时

掺入汽油中,可以有效地防止发动机爆烯.澳化银是一种重要的感光材料,被用于

制作胶卷和相纸等.我国近年已制造出了澳鸽灯,成为取代碘鸽灯的新光源.

四、智力元素一碘

♦法国化学家库特瓦(Courtois,B.1777-1838)

提

取

哨

缓缓燃烧成灰铜制锅石

加水浸渍、

和

黑角菜和其其

过滤、洽澄

它

他藻类植物的

加水浸渍、过

盐

清类

滤、澄清

冷㊅物体/------------

将水发现铜锅被

上凝结美丽的紫色

美丽的紫色,溶液溶液腐蚀得

蒸气蒸气加热很厉害

蒸发

最终他只好请法国化学家德索尔姆和克莱芒接着这一探讨，并同意他们自由

地向科学界宣布这种新元素的发觉经过。1813年德索尔姆和克莱芒，在《库特瓦

先生从一种碱金属盐中发觉新物质》的报告中写道：“从海藻灰所得的溶液中含

有一种特殊奇异的东西，它很简单提取，方法是将硫酸倾入溶液中，放进曲颈甑

内加热，并用导管将曲颈甑的口与彩形器连接。溶液中析出一种黑色有光泽的粉

末，加热后，紫色蒸气冉冉上升，蒸气凝聚在导管和球形器内，结成片状晶体。”

克莱芒信任这种晶体是一种与氯类似的新元素，再经戴维和盖•吕萨克等化学家

的探讨，提出了碘具有元素性质的论证。1814年这一元素被定名为碘，取希腊文

紫色的意义。

碘在常温下如右图为紫黑色固体，具有金属光

泽，易升华和凝华，易溶于汽油、乙醇、苯等溶

剂，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，有多种可改变合

价。氢碘酸为无放射性的最强氢卤酸，也是放射

性的最强无氟酸。但腐蚀性是全部无放射氢卤酸中最弱的，因为碘原子的半径

较大，电子亲和能与电负性较小，易于损失氢离子。有