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《化学元素知识》元素中的化学史(17):【趣味元素-连载38】致命的绿色气体——氯

在过往的文章中,我们讲述了最恐怖的元素——氟,这位大名鼎鼎的死神元素无情收割了数十位站在科学界最顶端的科学家,同时我们还了解了氟元素的前世今生,知道了氟在当今社会中的用途。今天我们来介绍他的好兄弟,另一位卤族元素——氯,作为与氟元素性质和长相都极其相似的兄弟元素,氯元素的危险程度丝毫不输给氟,甚至在历史上,氯给人类带来的伤害远远大于氟,造成了成千上万人的死亡!

氯气和液氯

1774年,这是一个化学界暗流涌动的时间点,正是统治化学界百年之久的燃素学说被推翻的前夕,瑞典的化学家舍勒受人委托投入了软锰矿的研究,这是一种松软的黑色矿物,也就是现在我们说的二氧化锰。他发现这种黑色矿物不溶于更强的硫酸和硝酸,但是与盐酸混合加热后,软锰矿会溶解,溶液逐渐变成深棕色,并散发出一种令人感到窒息的黄绿色气体。他这样描述到这些黄绿色气体:“用木头塞子封装后,会让木头变黄;可以让所有的有颜色花褪色,不论是红的、黄的、蓝的、紫的,只要遇到这种气体都会变白,且颜色无法复原;几乎所有的金属都会与这种气体发生反应;所有的昆虫遇到这种气体后都会死亡……”

软锰矿

可以见得,舍勒对于这种绿色的气体做了很多研究工作,但是我们在氧的篇章中就说过,舍勒是一名忠实的“燃素学说”信徒,他使用错误的理论,自然也不可能得到正确的结论。他认为这种气体是“脱燃素的盐酸气”,因为按照当时的说法,把盐酸中的氢称为燃素,在制备氯气的过程中,锰取代了盐酸中的燃素,从而得到氯气,我们现在看来这种说法是很荒谬的,因此“燃素学说”成功让他错过了发现新元素。

舍勒用牛尿泡收集气体

时间过了几年,随着拉瓦锡勇敢站出来批判燃素学说,燃素说被推翻了,化学界发生了翻天覆地的变化,之前的各种研究全部都要重新解释。法国化学家克劳德·贝托莱把研究方向对准了这种黄绿色气体,他发现这种气体溶解在水中后,收到光照就会释放出氧气,剩下盐酸。如今我们已经知道,这个反应是实质是氯气遇水歧化为盐酸和次氯酸,次氯酸不稳定在光照条件下又会分解为盐酸和游离态的氧。但是在当时,贝托莱简单的认为绿色气体=盐酸+氧气,干脆就叫他“氧化盐酸”好了。

克劳德·贝托莱

既然被称为“氧化盐酸”,那么这种气体中一定得含有氧元素吧,于是无数化学家开始冲锋陷阵,想把“氧化盐酸”中的氧元素分离出来。但是尽管试了很多方法,比如通过灼热的木炭,与干燥氯化银、硼酸酐、木炭共热,都没有分离出氧气。这时候我们的电解狂魔戴维坐不住了,他又拿出了他的拿手好戏:电流。他把“氧化盐酸”放入电流中电解,刚开始没有发生明显变化,只是电极变暗了,电解几小时后,居然发生了剧烈的爆炸!于是他换个思路,使用“氧化盐酸”与其他金属化合,再电解形成的化合物,最终……他还是没有用电流将里面的氧元素分离出来。

帅哥戴维

这样一来,戴维开始回过头反思自己,他产生了一个大胆的想法:“氧化盐酸”根本不是什么化合物,里面也没有氧,而是一种不可被分割的元素,而盐酸中正好有这种元素,是化学反应将盐酸中的这种元素剥离了出来!后续戴维又对盐酸和黄绿色气体做了一系列实验,成功证实了他的想法是对的,这种气体不能再被分成其他物质了。他还发现盐酸中可能并没有氧元素,这与大化学家拉瓦锡认为所有酸中都有氧的观点冲突了,为此戴维还站出来发了一篇论文来反驳拉瓦锡。就这样,电解狂人戴维又成功发现了一种元素,根据这种气体的颜色,他把这种元素命名为Chlorine,希腊文中意指绿色,化学符号为Cl,中文很形象的把Cl翻译成氯,也有绿色之意。

电解狂魔戴维

同年的11月,英国皇家学会宣读了戴维的论文,并正式宣布了氯是一种新的元素,同时纠正了拉瓦锡提出的所有的酸都含有氧的观点,后续发现不仅是盐酸,硫化氢、溴化氢等一系列酸中均没有氧元素,这类酸统称为无氧酸。相应的,硫酸、硝酸、磷酸这类带有氧的酸被称为有氧酸,化学界变得更加开阔了!

1820年,戴维被选为英国皇家学会会长

虽然舍勒是第一个发现这种绿色气体的化学家,但是错误的“燃素学说”让他固执的把氯看成了一种化合物而非单质元素,好在戴维并没有抢舍勒的功劳,他认为第一个发现氯元素的是舍勒,他只是站在巨人的肩膀上做了一系列研究并纠正了舍勒的错误罢了,果然大佬的世界云淡风轻,事了拂衣去,深藏功与名。

戴维和他的徒弟法拉第

在人类的科学发展史上,一项伟大的发现足以让一位科学家名垂千古,而对于戴维来说,他同时拥有很多个这样改变人类的发现。日本著名化学家山岗望曾经这样评价戴维:在整个化学史上,戴维可以享受极高的荣誉因为他做的研究比世上任何一位化学家都更加意义深远,而他做的最伟大的工作就是关于氯元素的研究,也就是1810年7月12日发现氯的那一天。戴维摆脱世俗的观念,同时挑战燃素学说和酸素学说,最终发现了氯也发现了真理。

法拉第的徒弟麦克斯韦

虽然戴维在化学界做出的贡献十分巨大,但是我们几乎没有在教科书上看到过戴维的名字,可是有一个人我说出来名字你肯定听过,那就是大名鼎鼎的电学之父法拉第,他正是戴维的得意门生。在氟的篇章中我们就提到了晚年的戴维虽然饱受氟元素的侵蚀,但是依然不止一次的提到:“我最大的发现是法拉第!”法拉第的电磁定律直接造福了千秋万代,并且法拉第也有一个最大的发现——电磁学之父麦克斯韦!麦克斯韦提出了光的电磁说并建立了麦克斯韦方程组,被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一!每每想到他们师徒三人总能让我热血沸腾,这是怎样的学术思维才能同时创造出三位站在科学界最顶端的科学家,可能就是大部分科研民工缺少的批判性思维吧!

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