穆瓦桑

Moissan，Henri

穆瓦桑1886年6月26日制出了单质氟 ，在科学界引起了轰动。制取单质氟是19世纪无机化学重大课题之一。为了制备氟元素，化学家们奋斗了70多年。穆瓦桑吸取了前人的经验教训，用低温电解氟氢化钾(KHF) 的无水氢氟酸溶液的方法，取得成功。他还详细地研究了氟的化学性质并制得了一些化合物(SiF4、IF5、CF4、有机氟化合物等)。穆瓦桑还设计出了一种用电弧加热的特殊电炉(穆瓦桑电炉)，这种电炉被广泛用于加热难熔的氧化物，还原出大量的金属（钼、钽、铌等）；制取出不少的金属氮化物、硼化物和碳化物。他因制出单质氟和发明穆瓦桑电炉而获1906年诺贝尔化学奖。著有《氟及其化合物》和《电炉》。

1852年9月28日，亨利·穆瓦桑出生在巴黎。因为家境清寒，中途辍学。他喜爱化学，便到巴黎一家药房当学徒，在实际工作中获得许多化学知识。药房的同事发现穆瓦桑的特点是知识面广，工作认真。他还利用自学的化学和医学知识救活过一位服用砷自杀的人。

1872年，担任过法国自然博物馆馆长和工艺学院教授的弗雷米发现这个年轻人的才干，于是穆瓦桑就成了弗雷米教授的学生，能够在设备完善的化学实验室里学习和工作。

穆瓦桑继承老师弗雷米的事业，完成最重要的研究课题就是制备单质氟。穆瓦桑知道，戴维曾经预言磷和氧之间有极大的亲和力，如果让氧和氟化磷在萤石制成的容器中反应就会得到单质氟。但是戴维本人并没有完成这一实验，因为他当时还不知道氟化磷的制法。

穆瓦桑加热氟化铅和磷化铜而制得氟化磷PF3，它是一种气体。让氧气和氟化磷的混合物通过电火花，虽然发生爆炸反应，但是没有获得预期的结果，得到的不是单质氟，而是氟氧化磷POF3。

弗雷米曾经指出，电解可能是制取单质氟的最有效的方法。穆瓦桑认为如果在高温下电解金属氟化物，不仅有许多技术上的困难，而且即使制得氟，它也全部会跟电解容器和电极材料反应。因此他深信只有用低温电解的方法而且要用非金属氟化物代替金属氟化物。

穆瓦桑开始用三氟化砷进行电解。在室温下三氟化砷是液体，为了使它导电，他往三氟化砷中加些氟化钾。但是电解一段时间后，电流停止了。经检查，他发现在阴极上沉积一层单质砷，使导电能力显著减弱。后来，穆瓦桑虽然用很强的电源，也没有制出单质氟。

他因为砷中毒，严重地影响健康，不得不暂时停止实验。

穆瓦桑的健康状况有了好转，他又开始制取单质氟。现在，唯一的方案只有电解氟化氢。

穆瓦桑按照弗雷米的方法，在铂制的曲颈甑中蒸馏氟氢酸钾KHF2，来制取无水氟化氢。他用铂制的U形管作电解容器，用铂铱合金作电极，并用氯仿作冷却剂，把无水氟化氢冷却到-23℃，再进行电解。

实验结果是在阴极上有许多氢气生成，但是在阳极上没得到氟。经过检查，穆瓦桑发现装电极的塞子被腐蚀了，他推断生成的氟跟塞子反应了。

穆瓦桑在寻找不跟氟发生反应的材料上花费不少时间，最后终于找到萤石。萤石很难加工，要把它做成能装电极的塞子，所花的时间和精力是可想而知的。

萤石塞子做成后，许多年来化学家梦寐以求的理想终于达到了。1886年6月26日，穆瓦桑在电解无水氟化氢时，在阳极上获得一种气体，它遇到单质硅立即着火。收集到的氟跟水发生反应而生成臭氧，跟氯化钾反应时生成氯气。通过各种化学反应，穆瓦桑发现氟有惊人的活泼性。

两天后，穆瓦桑向法国科学院报告，他说：“关于所放出的气体，可以有很多不同的臆测，其中最简单的说法是把它假定为氟。”

1886年6月28日，德布雷给法国科学院写了份简短的报告，介绍穆瓦桑的工作，并指出：“严格的裁判决不会使穆瓦桑的光辉成就稍有逊色。”法国科学院为了确认这一发现的真实性，指定一个审查委员会，委员会的成员包括贝特罗、德布雷、弗雷米。

穆瓦桑用最细心的准备工作来迎接这次审查。但是在委员会开会时，他的那套电解装置竟出现前所未有的故障，电解装置中既没有电流通过，也没有制得一点氟气。在贝特罗安慰这位年轻的科学家以后，三位化学界的前辈就匆匆离开会场了。

穆瓦桑并没有因此而灰心，他亲手制出过氟，对自己的发现深信不疑。经过几天的努力，他终于找到这次实验失败的原因，原来失误发生在制取纯氟化氢中。当时穆瓦桑用氟氢酸钾作原料，经过蒸馏而得到无水氟化氢。他过去制得的无水氟化氢中含少量氟化钾，就是这一点杂质氟化钾使无水氟化氢能够导电，并使穆瓦桑在世界上第一次制取出单质氟。

可是这一次，穆瓦桑在提纯和蒸馏氟化氢时格外仔细，以致得到的无水氟化氢中不含氟化钾，用这样纯的无水氟化氢作电解质，当然不会导电。

穆瓦桑弄清失败的原因，并最终使审查委员会确认自己的发现。为了表彰穆瓦桑在制备单质氟方面做出的突出贡献，法国科学院发给他一万法郎的拉·卡泽奖金，穆瓦桑用这笔钱偿还实验的费用。由于这一重大的发现，穆瓦桑还获得过很多奖章和荣誉，包括1906年的诺贝尔化学奖。

在穆瓦桑制得单质氟四个月以后，他被任命为巴黎药学院的毒物学教授，1891年又当选为法国科学院院士。在这以后，穆瓦桑在自己的私人实验室里继续改进单质氟的制法。金属铜跟氟作用以后，能在金属表面覆盖上一层坚实的保护膜氟化铜，使铜不会进一步跟氟反应。因此，穆瓦桑用价廉的铜制的电解容器来代替昂贵的铂制仪器。这样实验规模扩大了，每小时能产生5L氟，这为穆瓦桑大量地研究氟和氟化物的性质提供了可能。

穆瓦桑研究氟的提纯，他让氟蒸汽通过氟化钠固体，除去其中的氟化氢。后来，又改用液态空气冷凝氟蒸汽后，再用分级蒸发的方法除去氟中的杂质氟化氢，而获得纯净的单质氟。穆瓦桑还指出：如果小心地除尽氟中的水蒸气，甚至连玻璃都不会跟氟发生反应，因此可以把干燥的氟贮存在玻璃瓶内。

穆瓦桑是第一位制备出许多新的氟化物的化学家。1890年，他用碳跟氟反应，制成许多氟碳化合物，其中最引人注目的是四氟代甲烷，它是利用氟和甲烷，或氯仿，或四氯化碳的作用而制得的，沸点只有-15℃。穆瓦桑的这项工作，使得他堪称20世纪合成一系列作为高效致冷剂的氟碳化合物(即氟里昂)的先驱。

1900年，穆瓦桑制备出气态的六氟化硫SF6，它的化学性质跟氮气极相似，把它加热到较高的温度也不会分解，并不跟熔融的碱反应。20世纪以来，人们利用六氟化硫的惰性和化学稳定性，把它用作优良的绝缘材料。

穆瓦桑还先后合成铂、碱土金属、铱的氟化物以及五氟化碘IF5和硝酰氟。他把氟的研究成果汇编成《氟及其化合物》一书，这是一本研究氟及其化合物的制备、性质的重要历史资料。