莫瓦桑的化學(xué)人生

未九

在一些人的主觀世界里，化學(xué)家喜歡走極端，套著一件實(shí)驗(yàn)室白大褂帶著面罩，穿梭在實(shí)驗(yàn)室的火焰和爆炸聲中。浮夸的化學(xué)實(shí)驗(yàn)遮住了化學(xué)家作為一個(gè)科學(xué)家的正經(jīng)模樣。然而在漫長(zhǎng)的化學(xué)歷史中，確實(shí)有一段瘋狂的日子和一些瘋狂的人。1906年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主亨利·莫瓦桑就是這樣一位化學(xué)家，他在制備單質(zhì)氟的過程中，因?yàn)殚L(zhǎng)期接觸氟化砷而中毒，不得不暫時(shí)中止了實(shí)驗(yàn)。1907年莫瓦桑死于心臟病，臨終前他承認(rèn)，氟奪走了他十年的生命。

1852年，亨利·莫瓦桑出生在法國(guó)西南部的一個(gè)貧困的鐵路職工家庭，12歲時(shí)，舉家遷往巴黎附近的摩城（Meaux）。莫瓦桑在摩城讀到了中學(xué)，這里是莫瓦桑的化學(xué)啟蒙地，在這里他遇見了他的化學(xué)啟蒙老師。

莫瓦桑對(duì)化學(xué)的熱愛從中學(xué)時(shí)代就顯現(xiàn)出來，除了化學(xué)，他幾乎沒有學(xué)其他，離開學(xué)校時(shí)，甚至沒有拿到畢業(yè)證書。中學(xué)畢業(yè)后，莫瓦桑在一家藥店當(dāng)學(xué)徒，藥店的工作讓莫瓦桑接觸到了更多的化學(xué)知識(shí)。然而學(xué)徒卻不是他想要的人生。于是，莫瓦桑決定返回學(xué)校研習(xí)化學(xué)。1872年莫瓦桑聽聞化學(xué)家艾得蒙·弗雷米的實(shí)驗(yàn)室招工，便去應(yīng)試。面試中，弗雷米對(duì)莫瓦桑的回答非常滿意，當(dāng)場(chǎng)就錄用了他。1874年，莫瓦桑轉(zhuǎn)入巴黎藥學(xué)院臺(tái)赫倫教授的實(shí)驗(yàn)室。1877年，莫瓦桑取得了自然科學(xué)學(xué)士的學(xué)位。

獲得學(xué)士學(xué)位后，莫瓦桑繼續(xù)在巴黎藥學(xué)院從事研究工作，其研究課題是自然鐵，他經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了自然鐵是高度分散的金屬鐵，否定了此前德國(guó)化學(xué)家提出的自然鐵是氧化亞鐵的理論，由于莫瓦桑在這一領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，1879年他被任命為巴黎藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)室主任，不久后獲得巴黎大學(xué)授予的博士學(xué)位。

即便如此，莫瓦桑的薪水仍舊少得可憐。他不得不私下經(jīng)營(yíng)一家私人實(shí)驗(yàn)室來補(bǔ)貼微薄的收入。對(duì)于莫瓦桑來說，擁有了屬于自己的實(shí)驗(yàn)室，幾乎等于擁有了世界。在這里，他可以做自己想做的任何實(shí)驗(yàn)，只要他敢。不用懷疑莫瓦桑的勇氣，需要擔(dān)心的是實(shí)驗(yàn)室的生意。莫瓦桑自己的實(shí)驗(yàn)成功了，可他的實(shí)驗(yàn)室卻倒閉了。不過后來事情有了轉(zhuǎn)機(jī)，他成為了富有的藥劑師家的女婿。經(jīng)濟(jì)上有了保障，莫瓦桑終于能全心投入他的化學(xué)事業(yè)——分離氟元素。

氟的發(fā)現(xiàn)

早在16世紀(jì)，人們就開始利用氟化物了，1529年，阿格里·克拉就描述過利用螢石（氟化鈣）作為熔礦的熔劑，它能使礦石在熔融的狀態(tài)下更加容易流動(dòng)。1810年，法國(guó)化學(xué)家安培第一次提出氟這種元素的存在。他與漢弗萊·戴維提出了一種氟化鹽形成所必不可少且難以捉摸的元素。他們想用電解的方式將這種元素分解出來，然而實(shí)驗(yàn)腐蝕了他的鉑金容器，這讓戴維十分興奮。雖然還不知道到底發(fā)生了什么，但他可以斷定這一定是一個(gè)非常棒的化學(xué)反應(yīng)。消息很快傳了出去，招來了大批科學(xué)家的躍躍欲試，而大多數(shù)都是飛蛾撲火，一些甚至丟了性命。

制備單質(zhì)氟成了莫瓦桑心頭的一件大事。他首先嘗試用氟化磷與氧氣反應(yīng)制備氟氣單質(zhì)，但是實(shí)驗(yàn)得到的是氟氧化磷。隨后莫瓦桑開始尋找低溫條件下處于液態(tài)的氟化合物，以進(jìn)行低溫電解實(shí)驗(yàn)制備氟氣。他首先嘗試了氟化砷，氟化砷室溫下是一種液體，為了提高電導(dǎo)率，莫瓦桑向氟化砷中加入了氟化鉀，但是反應(yīng)過程中沉積在陰極的單質(zhì)砷阻礙了電流的傳導(dǎo)。因?yàn)殚L(zhǎng)期接觸氟化砷，莫瓦桑中毒了，實(shí)驗(yàn)一度中止。

經(jīng)過一段時(shí)間的身體調(diào)養(yǎng)恢復(fù)后，莫瓦桑再度投入氟的制備中。這一次他選擇零下50℃的液化氟化氫作為電解液，在螢石質(zhì)地的反應(yīng)容器中用鉑銥合金的電極進(jìn)行電解，終于成功。

“莫桑石”的發(fā)現(xiàn)

金剛石作為一種稀有的礦石，以極少的礦藏量深埋在地底下。它是自然界中最硬的一種礦石。儲(chǔ)量如此稀缺的金剛石，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了社會(huì)對(duì)它的需求。正是這種需求促使了人造金剛石的出現(xiàn)。

1893年，法國(guó)科學(xué)院宣布了一條振奮人心的消息：“化學(xué)家莫瓦桑研制出了人造金剛石！” 消息一出，立即轟動(dòng)世界，有人稱他為“世界富翁”。金剛石也被稱為“莫桑石”。

隨后，這一爆炸性的特大喜訊傳遍法國(guó)，傳遍全世界。莫瓦桑一下成為了新聞媒介的焦點(diǎn)，成為人們心目中巨額財(cái)富的生產(chǎn)者，在法國(guó)，甚至有人稱他為“世界富翁”。

然而，研制金剛石本不在莫瓦桑的化學(xué)研究計(jì)劃之中。

莫瓦桑的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的一項(xiàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要一種鑲有金剛石的器具。某天早上，莫瓦桑來到實(shí)驗(yàn)室，做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。這時(shí)，各項(xiàng)儀器都準(zhǔn)備好了，卻找不到那鑲有金剛石的昂貴器具。助手發(fā)現(xiàn)門有被撬過的痕跡，實(shí)驗(yàn)室被小偷光顧了，鑲有金剛石的器具被偷了。這樁偷竊案使莫瓦桑萌生了一個(gè)念頭：“天然金剛石如此稀少而昂貴，如果能人工制造金剛石，該有多好！”

莫瓦桑心里明白要想人造金剛石，首先要弄清楚金剛石的主要成分并了解它是怎樣形成的。經(jīng)過一番查閱，莫瓦桑了解到金剛石的主要成分是碳。而關(guān)于金剛石形成的研究資料卻非常少，只有德布雷（莫瓦桑在巴黎藥學(xué)院的導(dǎo)師）曾提出金剛石是在高溫高壓下形成的。

有一回莫瓦桑參加了有機(jī)化學(xué)家和礦物學(xué)家查理·弗里德爾在法國(guó)科學(xué)院作的一個(gè)關(guān)于隕石研究的報(bào)告。查理·弗里德爾說：“隕石實(shí)際上是大鐵塊，它里面含有極多的金剛石晶體?！?聽到這兒，莫瓦桑猛地想到：石墨礦中也?；煊袠O微量的金剛石晶體，那么，在隕石和石墨礦的形成過程中，有可能也會(huì)產(chǎn)生金剛石。

回到實(shí)驗(yàn)室后，莫瓦桑把自己的想法一一跟助手們解釋，最終提出了一個(gè)計(jì)劃：“把程序倒過去，把鐵熔化，加進(jìn)碳，使碳處在高溫高壓狀態(tài)下，看能不能生成金剛石？” 沒有先例，沒有經(jīng)驗(yàn)，更沒有別人的指點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)當(dāng)然也沒有一次成功。然而，經(jīng)過無(wú)數(shù)次的反復(fù)探索，莫瓦桑的實(shí)驗(yàn)室里終于誕生了人類歷史上第一粒人造金剛石！

莫瓦桑一生獲得的榮譽(yù)絕不僅在氟和人造金剛石。1892年他發(fā)明了電爐，將實(shí)驗(yàn)室化學(xué)反應(yīng)的溫度成功地提高到2000℃。他還曾經(jīng)獲得英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的戴維獎(jiǎng)、法國(guó)科學(xué)院的拉·卡澤獎(jiǎng)、德國(guó)化學(xué)會(huì)頒發(fā)的霍夫曼獎(jiǎng)。

1906年莫瓦桑獲得了他一生中最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)——諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。遺憾的是，第二年他就病逝了。由于其獨(dú)子死于第一次世界大戰(zhàn)，莫瓦桑的遺產(chǎn)由巴黎藥學(xué)院設(shè)立了兩個(gè)獎(jiǎng)學(xué)金，以莫瓦桑夫婦的名字分別命名為莫瓦?；瘜W(xué)獎(jiǎng)和路更藥學(xué)獎(jiǎng)。