莫瓦桑的化学人生

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  在一些人的主观世界里,化学家喜欢走极端,套着一件实验室白大褂带着面罩,穿梭在实验室的火焰和爆炸声中。浮夸的化学实验遮住了化学家作为一个科学家的正经模样。然而在漫长的化学历史中,确实有一段疯狂的日子和一些疯狂的人。1906年诺贝尔化学奖得主亨利·莫瓦桑就是这样一位化学家,他在制备单质氟的过程中,因为长期接触氟化砷而中毒,不得不暂时中止了实验。1907年莫瓦桑死于心脏病,临终前他承认,氟夺走了他十年的生命。
  1852年,亨利·莫瓦桑出生在法国西南部的一个贫困的铁路职工家庭,12岁时,举家迁往巴黎附近的摩城(Meaux)。莫瓦桑在摩城读到了中学,这里是莫瓦桑的化学启蒙地,在这里他遇见了他的化学启蒙老师。
  莫瓦桑对化学的热爱从中学时代就显现出来,除了化学,他几乎没有学其他,离开学校时,甚至没有拿到毕业证书。中学毕业后,莫瓦桑在一家药店当学徒,药店的工作让莫瓦桑接触到了更多的化学知识。然而学徒却不是他想要的人生。于是,莫瓦桑决定返回学校研习化学。1872年莫瓦桑听闻化学家艾得蒙·弗雷米的实验室招工,便去应试。面试中,弗雷米对莫瓦桑的回答非常满意,当场就录用了他。1874年,莫瓦桑转入巴黎药学院台赫伦教授的实验室。1877年,莫瓦桑取得了自然科学学士的学位。
  获得学士学位后,莫瓦桑继续在巴黎药学院从事研究工作,其研究课题是自然铁,他经过实验验证了自然铁是高度分散的金属铁,否定了此前德国化学家提出的自然铁是氧化亚铁的理论,由于莫瓦桑在这一领域的出色表现,1879年他被任命为巴黎药学院实验室主任,不久后获得巴黎大学授予的博士学位。
  即便如此,莫瓦桑的薪水仍旧少得可怜。他不得不私下经营一家私人实验室来补贴微薄的收入。对于莫瓦桑来说,拥有了属于自己的实验室,几乎等于拥有了世界。在这里,他可以做自己想做的任何实验,只要他敢。不用怀疑莫瓦桑的勇气,需要担心的是实验室的生意。莫瓦桑自己的实验成功了,可他的实验室却倒闭了。不过后来事情有了转机,他成为了富有的药剂师家的女婿。经济上有了保障,莫瓦桑终于能全心投入他的化学事业——分离氟元素。
  氟的发现
  早在16世纪,人们就开始利用氟化物了,1529年,阿格里·克拉就描述过利用萤石(氟化钙)作为熔矿的熔剂,它能使矿石在熔融的状态下更加容易流动。1810年,法国化学家安培第一次提出氟这种元素的存在。他与汉弗莱·戴维提出了一种氟化盐形成所必不可少且难以捉摸的元素。他们想用电解的方式将这种元素分解出来,然而实验腐蚀了他的铂金容器,这让戴维十分兴奋。虽然还不知道到底发生了什么,但他可以断定这一定是一个非常棒的化学反应。消息很快传了出去,招来了大批科学家的跃跃欲试,而大多数都是飞蛾扑火,一些甚至丢了性命。
  制备单质氟成了莫瓦桑心头的一件大事。他首先尝试用氟化磷与氧气反应制备氟气单质,但是实验得到的是氟氧化磷。随后莫瓦桑开始寻找低温条件下处于液态的氟化合物,以进行低温电解实验制备氟气。他首先尝试了氟化砷,氟化砷室温下是一种液体,为了提高电导率,莫瓦桑向氟化砷中加入了氟化钾,但是反应过程中沉积在阴极的单质砷阻碍了电流的传导。因为长期接触氟化砷,莫瓦桑中毒了,实验一度中止。
  经过一段时间的身体调养恢复后,莫瓦桑再度投入氟的制备中。这一次他选择零下50℃的液化氟化氢作为电解液,在萤石质地的反应容器中用铂铱合金的电极进行电解,终于成功。
  “莫桑石”的发现
  金刚石作为一种稀有的矿石,以极少的矿藏量深埋在地底下。它是自然界中最硬的一种矿石。储量如此稀缺的金刚石,远远满足不了社会对它的需求。正是这种需求促使了人造金刚石的出现。
  1893年,法国科学院宣布了一条振奋人心的消息:“化学家莫瓦桑研制出了人造金刚石!” 消息一出,立即轰动世界,有人称他为“世界富翁”。金刚石也被称为“莫桑石”。
  随后,这一爆炸性的特大喜讯传遍法国,传遍全世界。莫瓦桑一下成为了新闻媒介的焦点,成为人们心目中巨额财富的生产者,在法国,甚至有人称他为“世界富翁”。
  然而,研制金刚石本不在莫瓦桑的化学研究计划之中。
  莫瓦桑的实验室进行的一项化学实验中需要一种镶有金刚石的器具。某天早上,莫瓦桑来到实验室,做好实验前的准备工作。这时,各项仪器都准备好了,却找不到那镶有金刚石的昂贵器具。助手发现门有被撬过的痕迹,实验室被小偷光顾了,镶有金刚石的器具被偷了。这桩偷窃案使莫瓦桑萌生了一个念头:“天然金刚石如此稀少而昂贵,如果能人工制造金刚石,该有多好!”
  莫瓦桑心里明白要想人造金刚石,首先要弄清楚金刚石的主要成分并了解它是怎样形成的。经过一番查阅,莫瓦桑了解到金刚石的主要成分是碳。而关于金刚石形成的研究资料却非常少,只有德布雷(莫瓦桑在巴黎药学院的导师)曾提出金刚石是在高温高压下形成的。
  有一回莫瓦桑参加了有机化学家和矿物学家查理·弗里德尔在法国科学院作的一个关于陨石研究的报告。查理·弗里德尔说:“陨石实际上是大铁块,它里面含有极多的金刚石晶体。” 听到这儿,莫瓦桑猛地想到:石墨矿中也常混有极微量的金刚石晶体,那么,在陨石和石墨矿的形成过程中,有可能也会产生金刚石。
  回到实验室后,莫瓦桑把自己的想法一一跟助手们解释,最终提出了一个计划:“把程序倒过去,把铁熔化,加进碳,使碳处在高温高压状态下,看能不能生成金刚石?” 没有先例,没有经验,更没有别人的指点,实验当然也没有一次成功。然而,经过无数次的反复探索,莫瓦桑的实验室里终于诞生了人类历史上第一粒人造金刚石!
  莫瓦桑一生获得的荣誉绝不仅在氟和人造金刚石。1892年他发明了电炉,将实验室化学反应的温度成功地提高到2000℃。他还曾经获得英国皇家学会的戴维奖、法国科学院的拉·卡泽奖、德国化学会颁发的霍夫曼奖。
  1906年莫瓦桑获得了他一生中最重要的奖项——诺贝尔化学奖。遗憾的是,第二年他就病逝了。由于其独子死于第一次世界大战,莫瓦桑的遗产由巴黎药学院设立了两个奖学金,以莫瓦桑夫妇的名字分别命名为莫瓦桑化学奖和路更药学奖。
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