为了半导体工业中的关键元素,牺牲了几十位科学家

科研小糖糖 2021-06-07 21:00:57

氟是世界上最活泼、最剧毒的气体之一,它的氧化性非常强,几乎能和所有的元素反应,连最惰性的黄金遇上氟,也会被完全腐蚀。氟的很多化合物毒性非常强。例如工业常用来刻玻璃的氟化氢,可以通过皮肤渗透到骨头里,如果手不幸触碰到氟化氢,轻则截肢,重则丧命。而氟气的毒性更是厉害,包括花草树木在内的一切生物,只要被氟气熏到,几乎都立刻丧命。但氟元素也非常重要,尤其是在半导体工业中,氟化氢几乎是必不可少的。前段时间韩国和日本发生摩擦,日本停止了对韩国的氟化氢供应,几乎瘫痪了韩国的半导体工业。

而正是这样一种剧毒的元素,为了发现并获取它,几十位科学家前赴后继,并付出了惨重的生命代价。这段故事堪称科学史上最惨烈、最悲壮的历史,它代表了科学家为了获取真理而奋不顾身的精神。

故事要从1771年说起,化学家舍勒首次发现了萤石和硫酸反应,能生成一种新的气体,这种气体的性质和盐酸很相似,能够把玻璃都腐蚀掉。尽管当时舍勒并不知道这是什么气体,但是无疑这种气体是剧毒的,因为此后半个月,他便一直中毒躺在了床上。当然,现在我们知道了,这种气体就是剧毒的氟化氢。

到了1809年,化学家戴维首次提出了,舍勒制备的气体应该包含了一种全新的元素。为了获得这种元素,戴维于1813年开始,尝试从氟化氢中获取氟。戴维曾经通过电解的方式,从盐酸中获取过氯气。由于氟化氢的性质和盐酸类似,戴维决定采用类似的电解方式来电解氟化物。但是他发现,即使他的电解设备用黄金或者铂金来制作,最终设备都会被腐蚀。而他本人也没能逃脱氟的伤害,在做了一段时间的实验后,身患重症,痛苦不已,最终只能放弃实验。

到了1836年,爱尔兰著名的兄弟化学家斯诺克兄弟,通过将氟化汞和氯气反应,首次产生了氟气。可是当他们想去收集氟气的时候,他们的所有容器都会立即被腐蚀。他们虽然产生了氟气,但没办法收集。而兄弟两人在实验中,哥哥中毒身亡,弟弟中毒瘫痪。

此后的几十年间,氟气的产生已经发展了很多方法,但收集却仍然是个难题。1846年,费雷米电解熔化的氟化钙,也产生了氟气,但是仍然无法收集。终于在1886年,费雷米最得意的学生莫瓦桑,成功获得并收集到了氟元素。

图:莫瓦桑照片

莫瓦桑对获取氟气相当痴迷,他几乎阅读过所有前人关于制取氟气的记录。在总结了大量的前人经验后,莫瓦桑认为,前人获得氟气的实验都是在高温下做的。而氟太活泼了,即使获得了氟气,它也立即会跟其他物质反应。因此获得氟气的实验必须在低温下进行,这样才能降低氟气的活性。于是他选择了比砒霜还剧毒的氟化砷作为反应物。因为氟化砷在常温下就是液体,可以在常温下电解。

这种方法的确能在低温下获取氟气,但是反应过程会产生大量砷阻碍氟气的继续生成。莫瓦桑在实验中因为中毒晕倒了四次,但他没有放弃。他又选择了氟化氢作为反应物,成功在低温下产生了大量氟气。但遗憾的是,这些氟气还是把收集设备腐蚀了。莫瓦桑就想,有没有什么材料不会被氟气腐蚀呢?他想到了萤石。萤石本来就是氟腐蚀了钙的产物,当然不会被继续腐蚀。萤石也足够坚固,可以用来制作收集装置。

图:萤石照片

于是莫瓦桑就自己打磨萤石,花了4天,将萤石制作成气体收集装置。终于,莫瓦桑成功了!他成功地收集到了氟气,成为了人类历史上第一个制备并收集氟气的人。而这一年,距离戴维首次确定氟元素的存在已经过去了70多年。在这70多年间,包括鲁耶特、尼克雷、诺斯克在内的几十名化学家,都相继为了获得氟气而献出了生命。

为了表彰莫瓦桑在氟气制备方面的贡献,他于1906年被授予了诺贝尔化学奖,不过在他得奖后的第二年就去世了,年仅55岁。莫瓦桑晚年因为氟中毒而患有氟骨病,生活不能自理,他曾对朋友说过:“氟至少夺走了我二十年的寿命”。

死亡元素被人类降服后,它便在人类的社会生活中发挥了巨大作用。半导体工业中,刻蚀硅片所必须的就是氟化氢;冰箱用的制冷剂也离不开氟;还有人造血液、不粘锅、各种药物,几乎生活中的方方面面都或多或少和氟相关。科学的道路总是充满了牺牲,正是有这些普罗米修斯的存在,人类才能拥有温暖与光明的火种。

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14 阅读:2972
评论列表
  • 2021-06-09 00:27

    科技先驱者[点赞]

  • 2021-06-08 16:23

    致敬

  • 2021-06-08 22:50

    很多东西都用到,怎么办呢!好怕

    用户14xxx37 回复:
    换不锈钢电饭煲内胆。不粘锅就别用了,用铁锅。
  • 2021-06-14 20:16

    化学是用人命填出来的学科不是吹的

  • 2021-06-14 22:04

    科学家是伟大的 [点赞][点赞][点赞]

  • 2021-06-22 12:17

    厉害👍

  • 2021-06-09 00:26

    氟利昂

科研小糖糖

简介:物理化学科研工作者,专注分享科技相关话题。