氯是地壳中丰富的元素。它在地壳中的含量是0.028%。氯也是与人类密切相关的元素之一。它直接参与人体的新陈代谢,其在人体内的含量占人体质量的1/400。为了维持正常的活动,每个人应该每天摄入几克氯化合物。

装有液氯的钢瓶(网络图)

氯元素的发现历程相当曲折。几个科学家努力工作了半个世纪才得到氯这个名字。氯最突出的特征是毒性。但是毒性实际上是由科学家“品尝”的。

品尝毒气,做一个“好的开始”

18世纪后期,为了促进冶金工业的发展,世界各地的科学家相继研究了各种矿石。瑞典人舍勒也是其中之一。他迷上了黑色的苦味土壤,并连续研究了三年。他知道在黑色的苦味土壤中有一种新的金属。他给这种新金属命名为锰。经过进一步研究,他确定黑色苦味土壤的主要成分是氧化锰。根据拉瓦锡的理论,他称氧化锰为“炎性锰”。

舍勒(网络图)

“什么东西闻起来这么臭?”公元1774年的一天,舍勒在盐酸和“无炎锰”之间做化学反应实验时,产生了一种强烈刺激的黄绿色气体。他从燃素理论推断,当黑色的苦味土壤与盐酸反应时,盐酸中的燃素被去除,因此这种气体自然地从盐酸中去除燃素。舍勒将这种“去炎盐酸”盐香精命名为。经过多次试验,他发现盐精不同于普通空气。它微溶于水,能腐蚀金属,能漂白彩色花朵和绿叶。为了彻底理解这一元素的特征,舍勒做出了一个大胆的决定:“尝尝它。”因此,他将微量盐精溶解在水中,然后舀起一把小勺子放进嘴里。十秒钟后,他的肺部开始疼痛,伴随着剧烈的咳嗽。根据多年的经验,他知道除去普通的毒药就是把它吐出来。于是他立即冲进厕所,一边喝水,一边掐着喉咙,吐了一地。这一事件后,舍勒确定盐的本质是有毒的。

然而,作为燃素理论的虔诚信徒,舍勒坚信盐精只是“无燃素锰”从盐酸中提取燃素时产生的气体,并不认为它是一种元素。

事实上,这不是舍勒第一次“尝到”有毒物质。据报道,他一生中完成了近1000次实验,亲自吸入或“品尝”了七八种有毒物质,从而伤害了他的身体,直至死亡。这种科学精神让人赞叹不已。

对权威的迷信错过了机会

在舍勒之后,科学家们并没有止步于此。10年后,即公元1785年,法国化学家贝尔托莱在研究“盐精”时发现,这种气体的水溶液在受到阳光照射后会将氧气分解成盐酸。根据拉瓦锡的酸理论(注2),酸必须含有氧。他认为这种气体是氧和盐酸的一种令人放松的化合物。作为拉瓦锡的忠实信徒,他称这种气体为“盐酸氧化物”。他认为,只要有光,氧就可以离解,因为光对氧的亲和力大于盐酸对氧的亲和力。

拉瓦锡燃烧实验设备(网络图)

公元1809年,拉瓦锡的坚定支持者,法国著名化学家吕萨克和特纳,为了证明拉瓦锡理论的正确性,进行了实验,希望从盐酸和“氧化盐酸”中分离出氧气。他们把干燥的木炭放在玻璃管中,然后把玻璃管烧成红色,然后让盐酸气体和“盐酸氧化物”气体通过装有木炭的红色玻璃管。如果盐酸和“氧化盐酸”含有氧,在玻璃管的出口可以得到碳酸气体,也可以得到根据拉瓦锡理论推导的“盐酸元素”。然而,他们在玻璃管的出口没有得到碳酸气体或“盐酸元素”。进来的气体和出去的气体根本没有变化。

然后,为了用氢捕获“氧化盐酸”中的氧,他们将氢与“氧化盐酸”气体混合,并将其暴露在阳光下。最终的结果超出了他们的预期,只有盐酸气体产生,没有水产生。显然,“氧化盐酸”中没有氧气,盐酸中也没有氧气!虽然实验结果与拉瓦锡的理论相反,但他们不能接受“盐酸中没有氧气”的结论,物质会消失。这很遗憾。

大胆的想象,仔细的验证

与此同时,英国化学家大卫也仔细研究了盐酸和“氧化盐酸”。他用一种类似的方法做了盖·吕萨克做的同样的实验:用一个强大的伏打堆的电流把木炭烧成白热,然后分别引入人的盐酸气体和“氧化盐酸”气体。实验结果还与盖·吕萨克和特纳关于“氧化盐酸”和氢的实验相混合。反应产物也是盐酸气体,没有得到水。

“这完全不符合拉瓦锡的理论!”大卫想,“盐酸氧化物是一种良好的品质,还是一种全新的元素?”想到这里,他大吃一惊。毕竟,以前每个人都坚信拉瓦锡的理论,而他自己的想法太大胆了。然而,大卫一生中很长一段时间都喜欢创新,他决心揭开“盐酸氧化物”的神秘面纱。

经过冷静客观的分析和几次仔细的实验,大卫终于得出结论,“盐酸氧化物”是一种简单的物质。1811年11月15日,他在英国皇家学会读了一篇论文。论文包括两个观点:第一,盐酸是由氯和氢化作用结合而成,其中不含氧;第二,黄绿色的“盐酸氧化物”气体被命名为“氯”,元素符号是“ci”(氯是希腊语,最初的意思是“绿色”,后来翻译成中文为“氯”)。

实验室氯气生产装置图(网络图)

尽管大卫的结论很实际,也很容易理解,但当时的化学家,如法国的盖·吕萨克、贝尔托莱和瑞典的贝齐留斯,都不愿意接受它,不承认氯是一种元素,也不相信氯的存在。直到碘和溴相继被发现,法国化学家才认识到大卫的论点。此时,自舍勒首次制造气态“盐精”已经过去了50年,也就是半个世纪。

我们也合理利用了我们所做的。

半个世纪后,科学家终于发现了氯。经过很长一段时间,人们终于发现了氯的“脾气”,并越来越多地使用它。

氯的产量已成为工业发展的重要标志之一。在现代生活中随处可见:我们每天喝的自来水都是用氯消毒的。聚氯乙烯(PVC)是管材、板材、薄膜、人造革等的原料,给人们带来了很多方便。根据舍勒发现的氯的漂白作用,人们也用氯来制造工业漂白粉或漂粉精。值得一提的是,虽然氯气可以直接使用,但为了生产纯氯气,并考虑到储存和运输的方便,一部分氯气应液化成液氯,用钢瓶或罐车运输给用户。

氯气的使用(网络图)

当然,氯和氯化合物的不当使用也会给人们带来危害:元素氯可以作为有毒气体使用,它产生的有毒气体光气给许多士兵和平民带来了巨大的灾难。许多含氯农药(如滴滴涕、666等。)杀死昆虫会在使用过程中污染环境。

在发现氯之后,如何充分利用它并避免它的缺点应该是科学家们的一个重要课题。

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注意:

注1:瑞典著名化学家卡尔·威廉·舍勒(1742 ~ 1786)对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳和二氧化氮等多种气体进行了深入研究。他一生致力于化学工业,给人类带来了巨大的利益。在他诞辰150周年和200周年之际,瑞典人民举行了盛大的纪念会议,这也成为各国化学家交流思想的场所。

注2:酸度理论,化学家拉瓦锡在《燃烧导论》和《酸度导论》中正式解释了氧化理论。他认为燃烧是物质和空气中大约五分之一的氧气反应的结果。同时,根据许多燃烧产物水溶液的酸性,他得出结论,任何酸中都含有氧。这个结论已经影响了世界科学界几十年。