亨利·穆瓦桑

生平简介

学徒生涯

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。

化学研究

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。

实验失败

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。

终获成功

他因为 砷中毒，严重地影响健康，不得不暂时停止实验。过了不久，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。以后，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。

获奖荣誉

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。

辉煌人生

院士人生

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。首先，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。

其他研究

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。

突出贡献

制备氟气

穆瓦桑1886年6月26日制出了单质氟，除了运用 电解法制备出氟气，莫瓦桑还进行很多研究。莫瓦桑研究了纯化氟气的方法，他用液态空气 冷凝法去除氟气中的氟化氢。莫瓦桑还深入研究了高纯度氟气的化学性质，他首次指出干燥而纯净的氟气并非像此前人们想象的那么活泼，它甚至能够短时间的存贮于 玻璃器皿中。莫瓦桑研究了氟的化合物，他先后合成了氟与铂、铱、碱土金属等的无机氟化合物；制备了氟代烃，并测定了这种化合物的性质；制备了六氟化硫并测定了其性质。由莫瓦桑首先制备的氟代烃是现在应用最广的制冷剂 氟利昂的前身，而六氟化硫的化学性质非常稳定，在高温下亦不会分解，是应用非常广泛的 气体绝缘材料。莫瓦桑对氟的研究最终发表于《氟及其化合物》(Le fluor et ses composes)一书中。

制出单质硼

从1890年代起，莫瓦桑开始研究单质硼的制备，他在氢气气氛下用金属镁还原三氧二硼获得高纯度的单质硼。在制备单质硼的同时，莫瓦桑还从事 人造金刚石的研究。 金刚石研究 　　他试图建立一种模拟天然金刚石形成的条件，将 石墨和 无定形碳转化为金刚石。莫瓦桑以铁为介质模拟必须的环境，他用石墨坩锅将 金属铁加热熔融，在此过程中铁被碳饱和，随即迅速将熔融的铁液倒入水中冷却，由于含碳的铁在凝固过程中会发生膨胀，铁块的内部压强会迅速上升，从而模拟出一种高温高压的环境，待铁完全固化，用酸将金属融蚀便获得黑色的人造金刚石。用这种方法制造的 金刚石粒度很小，不能作为宝石，但是可以用于工业用途。莫瓦桑还长期从事金属 氢化物的研究，他用氢气与多种金属反应制备了 氢化钙、 氢化钠、 氢化钾、氢化铷等多种化合物并深入研究了其性质。莫瓦桑在这一领域的研究是具有开创性的。

发明电炉

莫瓦桑的另一项杰出贡献是发明了电炉。电炉又称作莫氏炉，其原理是利用电极间的弧光放电获得高温，这种电炉使得化学反应的温度提升到2000℃从而开创了 高温化学这一新的研究领域。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》。