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。剩下惟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(KHF2),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°C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。萤石不与氟起作用,用它来试试吧,于是他用萤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,用萤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6月26日,莫瓦桑第一次制得了单质的氟气!硅遇到这种气体立即着火,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。
由于莫瓦桑不是法国科学院院士,他的论文只能请人代为递交。法国科学院为了确认这一发现,指定了一个由三人组成的审查委员会,其中包括莫瓦桑的老师弗雷米和有机化学家贝特罗。莫瓦桑以最细心的准备工作来迎接审查。当他的老师等三位化学界的前辈到来时,他的电解装置竟然出现了前所未有的故障——没有一点电流通过,当然也不会有一点氟的踪影。
三位科学家离开后,莫瓦桑经过几天的努力,终于找到了这次实验失败的原因,是因为将氟化氢精制得太纯净。以往实验电解的氟化氢中都含有氟化钾,残留的氟化钾使液体可以导电。而这次莫瓦桑仔细将氟化氢蒸馏了又蒸馏,其中不再含氟化钾,所以不能导电。(我们现在知道,氟化氢属于共价化合物,它和离子化合物氟化钾不同,即使液态也不电离、不导电。)查明原因之后,莫瓦桑再次实验获得成功,审查委员会终于确认了他的发现。
为了表彰莫瓦桑在制备氟方面所做出的突出贡献,法国科学院发给他一万法郎的拉·卡泽奖金。莫瓦桑用这笔钱偿还了实验的费用。四个月后,他被任命为巴黎药学院的毒物学教授,同时还建造了一座不大的私人实验室供他进行科学研究。在这里,他继续改进氟的制法,用铜制的电解容器代替价格昂贵的铂制容器,进行了规模较大的实验,每小时能电解出五升氟气。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°CF4,很适合做制冷剂。这是最早的氟里昂。
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。1906年莫瓦桑获得了诺贝尔化学奖。关于获奖成就是这样写的:通过电解氟化钾的无水氟化氢溶液首次离析出单质氟,并对这一元素的性质及与其他元素的反应作了充分的研究。此外还发明了“莫瓦桑电炉”,并用它制备了很多新化合物。
“莫瓦桑电炉”使化学实验能达到2000°C,从而开辟了高温化学这一新的领域。不止这些,莫瓦桑在化学实验的很多领域都有独到的突破。
诺贝尔奖令世人仰慕,却不能给莫瓦桑的生命以更多的时间。1907年2月6日,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。”2月20日,这位在化学实验科学上闪烁着光芒的化学家永远地陨落了。
这时,莫瓦桑还不到55岁。
氯气的生产历史
氯气的生产方法经历了漫长的发展过程。1774年瑞典化学家舍勒用软锰矿(含有二氧化锰)和盐酸作用,首先制得了氯气:
4HCl(浓)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑
然而,由于当时还不能够大量制得盐酸,故这种方法只限于实验室内制取氯气。后来法国化学家贝托雷把氯化钠、软锰矿和浓硫酸的混合物装入铅蒸馏器中,经过加热制得了氯气:
2NaCl+3H2SO4(浓)+MnO2△2NaHSO4+MnSO4+2H2O+Cl2↑
因为此法原料易得,所以,自1774年舍勒制得氯气到1836年止,人们一直沿用贝托雷发明的方法来生产氯气。
1836年,古萨格发明了一种焦化塔,用来吸收路布蓝法生产纯碱的过程中排出的氯化氢气体(以前这种含氯化氢的气体被认为是一种废气,从古萨格开始,才得到了充分利用)得到盐酸,从此盐酸才成为一种比较便宜的酸,可以广为利用。舍勒发明的生产氯气的方法,经过改进,到此时才成为大规模生产氯气的方法。
1868年,狄肯和洪特发明了用氯化铜作催化剂,在加热时,用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法:
4HCl+O2CuCl2△2H2O+2Cl2↑
这种方法被称为狄肯法(又译为地康法)。
上面这些生产氯气的方法,虽然在历史上都起过一定的作用,但是它们与电解法生产氯气相比,无论从经济效益还是从生产规模上,都大为逊色。当电解法在生产上付诸实用时,上述生产氯气的方法就逐渐被淘汰了。
电解法的诞生要追溯到1833年。法拉第经过一系列的实验,发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时,能够获得氯气:
2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2↑
后来,英国科学家瓦特也发现了这种方法,并在1851年获得了一份关于生产氯气的英国专利。但是由于当时没有实用的直流发电机以产生足够的电流,所以电解法也只能停留在实验室规模,不能付诸工业生产,而被束之高阁。一直到19世纪70至80年代,出现了比较好的直流发电机,电解法才得到广泛的应用。从此,氯气的工业生产跨入了一个新纪元。
砹的发现
砹是门捷列夫曾经指出的类碘,是英国科学家莫斯莱所确定的原子序数为85的元素。它的发现经历了弯曲的道路。
刚开始,化学家们根据门捷列夫的推断——类碘是一个卤素,是成盐的元素,就尝试从各种盐类里去寻找它,但是一无所获。
1925年7月英国化学家费里恩德特地选定了炎热的夏天去死海,寻找它。但是,经过辛劳的化学分析和光谱分析后,却丝毫没有发现这个元素。
后来又有不少化学家尝试利用光谱技术以及利用原子量作为突破口去找这个元素,但都没有成功。
1930年,美国亚拉巴马州工艺学院物理学教授阿立生宣布,在稀有的碱金属矿铯镏石和鳞云母中用磁光分析法,发现了87号元素。元素符号定为Vi。一年后,他用同样的方法在王水和独居石作用的萃取液中,发现了85号元素。元素符号定为Ab。可是不久,磁光分析法本身被否定了,利用它发现的元素也就不可能成立。
1940年,由美国的考尔森、麦肯齐和西格雷,在美国加利福尼亚大学,用α粒子轰击铋获得85号元素。85号元素被命名为astatine,拉丁文名称是astatium,元素符号为At。
砹(At)是地壳中最稀少的元素,大约只有25克在自然状态下存在。砹是卤素族元素之一,卤素族元素还有氯、氟、溴、碘等。
由于砹的各种同位素半衰期短,而且制得的数量极少,所以对它的性质和用途难以详细研究,其性质大多数是由它的同族元素(氟、氯、溴、碘)用外推法估计而来。
氯气泄漏时如何自救
氯气是很重要的工业原料,很多化学物质成分中均含有氯,如:饮用水消毒常用的消毒剂、某些药物、化学纤维或塑料等都需要氯做原料。不管你的身体多么强壮,吸入过量氯气都会引起呼吸道损伤,严重时会引起急性肺水肿,抢救不当可能会造成窒息死亡。但氯气的危害是可以预防的。
国内外因氯气引起的中毒事件主要都是由于以下原因:(一)违章操作;(二)设备维修更新不及时;(三)氯气的生产、储存、运输、使用环节没有遵守安全操作规程;(四)人为破坏。以上任何环节的任何疏漏都可能引起重大事故。反之,若能严格按规定办事,正规操作,定期检修,按时更新设备零件,不隐瞒事故隐患,氯气中毒事件是完全可以避免的。
一旦发生突发性氯气中毒事件时,首先不要惊慌,一定要按国家突发事件应急预案进行操作,要有统一的指挥领导,封锁现场,处理事故源,疏散受污染地区的居民,(尤其是下风向的居民);其次,事故地区的医疗卫生单位要立即动员,全力以赴,积极投入到中毒抢救和治疗中去;第三,要做好新闻报道和卫生宣传工作,以安定人心,保持社会稳定,使抢救工作得以有条不紊地进行。
发生氯气泄漏事件时,污染区居民切忌惊慌,应向上风向地区转移,并用湿毛巾护住口鼻;到了安全地带要好好休息,避免剧烈运动,以免加重心肺负担,恶化病情;可适当地使用钙剂、维生素C和脱水剂;早期足量使用糖皮质激素和抗生素,可以减轻呼吸道和肺部损伤;使用超声喷雾途径,将药物直接送达呼吸道,效果较好;患者应及时送到大医院或有职业病科的医疗单位,使病人得到有效治疗可以完全康复,不必有过多忧虑。
自来水的氯气消毒
人类的饮用水大多数是经过自来水厂加工生产的。我国的自来水厂自来水生产消毒采用氯化法,在生产过程中使用的主要作用物质是氯气。水厂的自来水生产分为四个阶段:取水、过滤、消毒、输水。自来水进入水厂后,第一道工序是过滤,我国水厂用聚氯化铝(加SO2-)作沉淀剂,药池中AlCl3浓度为6%,水中浓度为2mg/L。聚氯化铝可除去水中三卤甲烷母体物质,防止致癌物质产生。
过滤后的水要进行消毒,消毒剂用氯气。氯气溶于水,与水结合生成次氯酸和盐酸:
Cl2+H2O=HCL+HCLO
在整个消毒过程中起主要作用的是次氯酸。对产生臭味的无机物来说,它能将其彻底氯化消毒胞壁,氯化其酶系统(酶为生物催化剂)使其失去活性,使细菌的生命活动受到障碍而死亡。次氯酸本身呈中性,容易接近细菌体而显示出良好的灭菌效果,次氯酸根离子也具有一定的消毒作用,但它带负电荷而难于接近细菌体(细菌体带负电荷),因而较之次氯酸,其灭菌效果要差得多,所以氯气消毒效果要比采用漂白粉消毒更佳。
正确使用84消毒液
84消毒液是一种以次氯酸钠为主的高效消毒剂。早期仅在医院内使用,用于多种医疗器械、布类、墙壁、地面、便器等的消毒。现在市面上到处可买到84消毒液,它被广泛用于宾馆、旅游、医院、食品加工行业、家庭等的卫生消毒。在使用过程中要注意以下几点:
1.84消毒液有一定的刺激性与腐蚀性,必须稀释以后才能使用。一般稀释浓度为千分之二到千分之五,即1000毫升水里面放2到5毫升84消毒液。浸泡时间为10到30分钟。被消毒物品应该全部浸没在水中,消毒以后应该用清水冲洗干净后才能使用。
2.84消毒液的漂白作用与腐蚀性较强,最好不要用于衣物的消毒,必须使用时浓度要低,浸泡的时间不要太长。
3.84消毒液是一种含氯消毒剂,而氯是一种挥发性的气体,因此盛消毒液的容器必须加盖盖好,否则达不到消毒的效果。
4.不要把84消毒液与其他洗涤剂或消毒液混合使用,因为这样会加大空气中氯气的浓度而引起氯气中毒。
5.要区分消毒与解毒的概念,如果有其他食物或药物中毒时切记不可把84消毒液当作解毒药来使用,应该及时就医。
6.84消毒液应该放在小孩够不着的地方,避免误服。
7.蔬菜、水果等食物最好不要用84消毒液消毒。
8.84消毒液的有效期一般为1年,我们在购买与使用时要注意生产日期,放置太久其有效氯含量下降而影响消毒效果。
许多人打扫卫生用84消毒液,清洗衣物放滴露,就连平时洗手都恨不得用上消毒液。消毒专家由此提醒人们,消毒液在日常生活中多数被滥用了。
误区一:在洗衣服、刷餐具时加入消毒液杀菌
日用品的消毒无需通过消毒液就能做到。太阳紫外线的照射是最好的消毒剂;用肥皂水洗衣服也能完成杀菌;餐具则可采取在沸水上煮15-30分钟的方式。
误区二:大扫除时,喷洒消毒液,给家里空气“消消毒”
要想让家庭空气保持新鲜,最好的办法不是消毒杀菌而是开窗通风。家里毕竟不是医院,细菌量有限,如果消毒液水汽滞留在空气中,被人吸入反而会损害呼吸道。
误区三:稀释消毒液,涂抹轻微伤口,用来消炎
同为消毒液,在产品分类上有“消”字号和“药”字号两种。如果处理伤口或给皮肤消毒,应使用“药”字头的产品;而“消”字头产品仅用于预防消毒,没有治疗功效。
误区四:与其他日化用品混用
曾有人将洁厕灵与消毒液混在一起清洁卫生间,以为能顺便消一下毒,没想到两种药剂混合后会产生化学反应,排放大量氯气,导致其当场窒息。专家建议,绝大多数消毒液最好参照说明书单独使用。
人们使用消毒剂大都出于心理作用,觉得用了之后心里踏实。殊不知,一味“无菌环境”,反而会造成环境中微生物细菌的耐药性,反而助长了病菌肆虐。在什么情况下才有必要使用消毒液呢?
当家有病人或患传染病的客人来访后,则必要对物品进行消毒。消毒液最好选择较温和的种类,如季铵盐类(俗称阳离子表面活性剂)消毒剂、84消毒液等,在配比浓度时参照使用说明,不要盲目追求高浓度,宁可稍低一点;对于衣物和餐具,消毒后要冲洗彻底,避免残留。
碘含量高的天然食品
一般地说,大多数陆地植物的碘含量都较低,平均每公斤不超过1.0毫克,唯有菠菜和芹菜的碘含量较高,每公斤可达到1.64毫克和1.60毫克。
海产品中的碘是陆地植物的几倍,有的高达几十倍。通常我们吃的海带,其碘含量每公斤就有10.0毫克。
海鱼和紫菜也同样是日常生活中补碘的较好食品。经常吃海带不但可以补充体内的碘而且还可以同时摄入其他种类的微量元素、氨基酸和维生素等。所以,只有海产品是自然界中含碘较高的食品,平时应注意多吃这类食品,它是天然的最佳补碘产品。