氯氣：半個世紀的證明

氯是地殼中大量存在的元素，它在地殼中含量為0.028%。氯也是與人類關係極為密切的元素之一，直接參加人體的新陳代謝，在人體內的含量占人體質量的1/400。為了維持正常活動，每人每天要攝入幾克氯的化合物。

裝有液氯的鋼瓶（網路圖）

氯元素的發現之旅頗為曲折，數位科學家經過半個世紀的努力，才得出氯這個名字。氯元素最突出的特性是有毒。而這種毒性居然是被科學家「嘗」出來的。

品嘗毒氣 開個「好頭」

18世紀後期，為了促進冶金工業的發展，世界各國科學家前赴後繼地研究各種礦石。瑞典人舍勒（注一）也是其中一位。他對黑苦土非常著迷，連續研究了三年，得知黑苦土裡面有一種新金屬，他把這種新金屬定名為錳。進一步研究，他確定黑苦土的主要成分是氧化後的錳。按當時參照的拉瓦錫理論，他把氧化後的錳叫做「脫燃素的錳」。

舍勒(網路圖)

「這是什麼玩意，聞起來怎麼如此難受？」公元1774年的一天，舍勒把鹽酸與「脫燃素的錳」進行化學反應實驗時，產生了一種刺激性很強的黃綠色氣體。他根據燃素學說推論，黑苦土與鹽酸作用時，將鹽酸里的燃素脫去，因而這種氣體自然脫去燃素的鹽酸。舍勒給這種「脫去燃素的鹽酸」取了個名字，叫鹽精。經過多次試驗，他發現鹽精與普通的空氣不同，它微溶於水，能浸蝕金屬，還能漂白有色的花朵和綠葉。為了徹底弄清這種元素的特性，舍勒作出一個大膽的決定：「品嘗」一下。於是，他將微量鹽精溶於水中，然後舀起一小勺放進嘴裡。10秒鐘後，他的肺部開始難受，伴隨劇烈咳嗽。根據多年經驗，他知道去除一般毒，就是毒吐出來。於是他馬上衝進廁所，一邊喝水，一邊摳喉嚨，吐了一地。經過這次事件，舍勒確定鹽精是有毒的。

然而，虔信燃素學說的舍勒堅信，鹽精只是由「脫燃素的錳」從鹽酸中奪去燃素時產生的氣體而已，也沒有認為它是一種元素。

其實，舍勒「品嘗」有毒物質並非第一次。據報道，他一生中完成近千個試驗，親自吸入或「品嘗」七八種有毒物質，並因此傷害了身體，直至身故。這種科學精神讓人嘆服。

迷信權威 錯失機遇

舍勒之後，科學家們並沒止步。10年後的公元1785年，法國化學家貝托雷在研究「鹽精」時發現，這種氣體的水溶液被太陽照射後，會分解出氧氣，變成鹽酸。按照拉瓦錫的酸性理論（注二），酸里必定含有氧。他認為這種氣體是氧和鹽酸的鬆弛化合物。作為拉瓦錫的忠實信徒，貝托雷把這種氣體叫做「氧化鹽酸」。他認為，只要有光的作用，氧氣就可以解離出來，因為光對氧氣的親合力比鹽酸對氧的親合力大。

拉瓦錫燃燒實驗所用的裝置（網路圖）

公元1809年，拉瓦錫的堅實支持者，法國著名化學家呂薩克和泰納為了證明拉瓦錫理論的正確，便進行實驗，希望從鹽酸和「氧化鹽酸」里把氧分離出來。他們將乾燥的木炭裝在玻璃管里，再把玻璃管燒到紅熱，然後再將鹽酸氣和「氧化鹽酸」氣通過這根燒紅的盛有木炭的玻璃管。如果鹽酸和「氧化鹽酸」里含有氧，那麼在玻璃管的出口可以得到碳酸氣，還可以得到按拉瓦錫理論所推導的「鹽酸素」。可是，他們在玻璃管的出口處，並沒有得到碳酸氣，也沒有什麼「鹽酸素」。進去的氣體和出來的氣體完全沒有變化。

接著，為了用氫氣去奪取「氧化鹽酸」里的氧，他們將氫氣與「氧化鹽酸」氣混合在一起，進行日光曝晒。最後結果出乎他們的預料，只生成了鹽酸氣，沒有生成水。很明顯，「氧化鹽酸」里沒有氧，鹽酸里沒有氧！雖然實驗結果與拉瓦錫的理論相悖，但他們不能接受「鹽酸里沒有氧」的結論，此事也不了了之。這不能不說是一種遺憾。

大膽想像 小心求證

同一時間裡，英國化學家戴維也對鹽酸和「氧化鹽酸」進行仔細的研究。他用類似的方法做了蓋·呂薩克所做的內容相同實驗：用強大的伏打電堆的電流將木炭燒到白熱，再分別通人鹽酸氣和「氧化鹽酸」氣體。實驗結果也與蓋·呂薩克、泰納關於「氧化鹽酸」和氫氣混合的實驗，反應生成物也是鹽酸氣，沒有得到水。

「這完全不符合拉瓦錫的理論！」戴維心想，「難道氧化鹽酸是一種音質，或者根本就是一種新元素？」想到這裡，他驚了一下。畢竟此前大家都堅信拉瓦錫的理論，自己這種設想太過大膽。然而，平生喜歡創新的戴維思忖良久後，還是下定決心，要揭開「氧化鹽酸」的神秘面紗。

經過冷靜、客觀地分析，並經過數次小心謹慎的實驗，戴維終於得出結論：「氧化鹽酸」是一種單質。1811年11月15日，他在英國皇家學會宣讀了論文。論文包括兩個觀點：一是鹽酸是由氯和氫化合而成，裡面沒有氧；二是把黃綠色的「氧化鹽酸」氣體取名為「Chlorine」，元素符號為「CI」（Chlorine是希臘文，原意為「綠色」，後來譯成中文名為「氯氣」）。

實驗室制氯氣裝置圖（網路圖）

儘管戴維的這一結論很合乎實際，也容易理解，但當時的化學家如法國的蓋·呂薩克、貝托雷，瑞典的貝齊利烏斯等並不願意接受，也不承認氯是一種元素，更不相信氯氣的存在。直到碘和溴兩個元素被相繼發現後，戴維的論點才得到法蘭西學派化學家的承認。這時，距舍勒第一次製得氣態的「鹽精」已經50年，整整半個世紀。

亦過亦功 合理利用

經過半個世紀，氯終於被科學家們發現。又經過很長一段時間，人們終於摸清了氯的「脾氣」，對它的利用也越來越多。

氯的產量已經成為工業發展的重要標誌之一，它的身影在現代生活中隨處可見：我們每天飲用的自來水，就是通過氯氣進行消毒的；聚氯乙稀（簡稱PVC）為原材的管材、板材、薄膜、人造革等，給人們帶來了許多便利；根據舍勒發現的氯的漂白作用，人們還用氯製成工業用的漂白粉或漂粉精。值得一提的是，雖然氯氣可直接利用，但為了製取純凈的氯氣，並考慮貯運的方便，要把一部分氯氣進行液化製成液氯，用鋼瓶或槽車運往用戶。

氯氣的用途（網路圖）

當然，利用不當，氯和氯的化合物也會給人們帶來傷害：單質氯可以用作毒氣，它生產出來的毒氣光氣，曾給許多士兵和平民帶來巨大災難；許多殺蟲的含氯農藥（如DDT、666等），在使用過程中都會對環境造成污染。

如何趨其利避其害，更合理地利用，應該是科學家們繼發現氯元素後，有一個重要課題。

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注釋：

注一：卡爾·威爾海姆·舍勒（1742～1786），瑞典著名化學家，對氯化氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多種氣體都有深入的研究。一生盡瘁於化學事業，給人類帶來巨大的利益。他150和200周年誕辰時，瑞典人民舉行隆重的紀念會，這種會議也成了各國化學家們進行學術交流的場所。

注二：酸性理論，化學家拉瓦錫在《燃燒概論》和《酸性概論》兩文中，正式闡釋了氧化說。他認為燃燒是物質和空氣中約佔五分之一的氧氣反應的結果，同時基於很多燃燒產物的水溶液具有酸性，他得出任何酸中都含有氧的結論。這種結論影響世界科學界幾十年。