氯气的故事
古代的炼金术士们用王水 (一般用三份盐酸与一份硝酸相混合)溶解金
子。当他们在实验室里加热王水的时候,便会发生一种刺激性很强的烟雾,
当时他们还不知道这种烟雾就是氯气,然而至少可以说,古代的炼金术士们
就已经接触过氯这种元素了。
氯气的发现应该归功于瑞典化学家舍勒 (1742 年~1786 年),他是在
1774年发现这种气体的,当他加热黑色的二氧化锰与盐酸的混合物时,发现
产生了一种烟雾,并与加热王水时所生成的烟雾是完全一样的。在氯这种元
素被发现以后,当时人们把它叫做脱燃素的盐酸气,因为按照当时流行的说
法,把盐酸中所含的氢称为燃素,这样在制备氯气的过程中,锰取代了盐酸
中的氢,从而得到氯气,用当时的术语便是锰取代了燃素,因此就被叫做盐
酸脱掉燃素以后产生的一种气体。
舍勒制备了氯气以后,把它溶解在水中,却发现这种水溶液对纸张、蔬
菜和花都具有水久性的漂白作用;他还发现氯气能与金属氧或金属化合物发
生化学反应。从 1774年舍勒发现氯气以后,一直到 1810年,这种气体的性
质先后经过贝托霍、拉瓦锡、盖一吕萨克、泰纳、贝采利乌斯等人的研究,
然而第一个指出氯气是一种化学元素的科学家却是戴维,他在伦敦英国皇家
学会上宣布这种由舍勒发现的气体是一种新的化学元素,它在盐酸中与氢化
合。他将这种化学元素定名为氯,这个名称出自希腊文 “Chloros”,这个词
有多种解释,例如 “绿色”“绿色的”“绿黄色”或“黄绿色”。戴维的这
种推论获得了公认,只有贝采利乌斯持有异议,因为他一直认为盐酸是一种
含有氧的酸。
1785年贝莱梯,1786年卡斯登各自在有水汽存在的情况下,将舍勒所发
现的这种气体加以冷却,随后他们便获得了一种黄色结晶物质 (实际上它就
是氯的水合物Cl ·6H O),他们暗示,舍勒所发现的气体不是一种简单的物
2 2
质,当然就不是一种化学元素。
1805年诺斯莫尔将这种气体液化,他在描述其实验时说:
“当我把这种含氧的盐酸气(诺斯莫尔和贝采利乌斯的认识是一样的,
他们都认为氯气是盐酸与氧气的化合物,所以把这叫做含氧的盐酸气)压缩
1
到一个2 英寸的接受容器中,它立刻转变成了一种黄色的液体,它在普通
4
的大气压力下具有极大的挥发性,当把耐压的接受容器的阀门打开时,这种
液体物质便立即完全挥发了。我发现这种物质的浓度非常之大,以致让我感
受到一种难以忍受的刺激。当这种气体挥发以后,接受容器中只留下微不足
道的黄色的残留物。这种气体能够破坏疏菜的颜色,并且很难控制。”
1810 年,戴维通过试验进一步证实了,如果在-40℃下将氯气冷却,就
能获得贝莱梯和卡斯登所制备出来的黄色晶体物质。
1823年 3 月 5 日当法拉第正在操作封在一支玻璃管里的氯的水合物时,
他的好友帕里斯正好来拜访他,当看到玻璃管中有一些油状物质,因此而责
备法拉第,说他不该使用带油污的仪器 (因为帕里斯以为这支玻璃管是法拉
第没有洗净的器具)。帕里斯走了以后,法拉第继续进行实验,他想把这支
玻璃管打开来看,但是不小心却把玻璃管打破了,与此同时,管内的油状物
也马上消失了。这个偶然的事故使法拉第认识了这种油状物的性质。帕里斯
第二天便收到了法拉第写来的一封信: “亲爱的先生,昨天您注意的油状物
已经变成了液态氯。”
1888年克尼许用加压冷却的方法将液态的氯装在一种耐压的容器中,以
便于运输和使用,为使用氯气的单位提供了很大的方便,从此以后,液氯的
生产才达到商品的规模。
漂白粉的生产始于 18世纪末朗。在此以前,欧洲人在漂白麻纤维和棉纤
维的时候,需要花费很长的时间及笨重的体力劳动。他们把棉、麻纤维放在
草木灰、石灰水或皂液中煮沸,然后取出来浸泡在牛奶中,最后取出来铺在
草地上,充分地暴露在空气中和阳光下,这时纤维才被漂白。这种方法需要
耗费长达七个月的时间。
1785年法国人贝托雷最早利用氯气做漂白剂。它把舍勒发现的那种氯气
溶解在水中,这种溶液便具有了漂白作用。1789年贝托雷改进了制备漂白溶
液的方法,即把氯气通入巴黎一家化工厂生产的碱性草木灰 (即氢氧化钾)
的溶液中,效率又提高了很多。后来,蒸汽机的发明人瓦特从贝托雷那里了
解到制造这种漂白剂的方法,并把这种制造方法转让给苏格兰的英国化学公
司的创始人泰纳以便生产这种漂白剂,1798年泰纳把生产漂白剂的方法改为
将氯气通到石灰水中,这样改进以后生产成本便大大地降低了。1799年泰纳
经过多次加工又把这种液体的漂白剂改进成为固体的产品,当时叫做氯化石
灰,也就是我们现在所用的漂白粉。这种固体产品的优越性就要大多了。
氯气在卫生方面应用的历史也是非常悠久的,早在 1800年,英、法等国
家就用氯水作为消毒剂;1854 年英国就已经采用漂白粉来消除污水的气味;
到了 1903年,英国人便已经大量使用氯气来为饮用水清毒了。
氯气的生产方法也曾经历了漫长的发展过程。一直到 1936年为止,人们
还一直沿贝托雷发明的方法来生产氯气,这种方法是把氯化钠、软锰矿 (即
二氧化锰)和硫酸的混合物装在铅蒸馏器中,经过加热后便能产生出氯气。
1936年古萨格发明了一种焦化塔,用来吸收路布兰法生产苏打 (即碳酸
钠)的过程中所排出的氯化氢气体 (在当时这种含有氯化氢的气体被人认为
是一种废气,从古萨格开始,这种气体才得到了充分利用),从这以后盐酸
也就成为一种比较便宜的酸,可以广泛利用。舍勒所发明的生产氯气的方法
(即用盐酸与软锰矿反应用以制取氯气)经过改进后,才成为大规模生产氯
气的方法。
1868年狄肯和洪特又发明了用氧气来氧化氯化氢以制取氯气的方法。
4HCl O =2Cl ↑ 2H O
2 2 2
这种方法叫做狄青法。
以上这些生产氯气的方法虽然在氯气生产史上都起过一定的作用,然而
这些方法与电解法生产氯气和烧碱相比较,无论是从经济效益和生产规模上
来说,都要大为逊色,所以当电解法普遍运用以后,所有其他的生产氯气的
方法就一下子都被淘汰了。
电解法可制出氯气要追溯到1833年。当时法拉第经过一系列的试验,发
现当把电流作用在氯化钠的水溶液,也就是电解氯化钠水溶液时,就能够获
得氯气。到了 1851年瓦特获得了一份关于电解生产的英国专利,其中包括了
氯气、氢氧化钠、金属钠的生产方法。但是,由于当时没有实际可用的直流
发电机用以产生足够的电流,因此瓦特的发明也只能停留在实验室规模,并
不能付诸大规模的生产。瓦特获得的这一份专利一直没有利用来起。直等到
19世纪 70 至 80 年代,有了比较好的直流发电机,德国人便在 1890年开始
用电解祛大规模地生产氯气和烧碱,而英国和美国采用这种生产方法,则要
推迟到 1893年,比德国人晚了3~4 年。
从发明电解法生产氯气和烧碱,一直到让这种方法付诸工业生产这一过
程,使我们想到先进的发明创造必须有一定的生产条件的帮助,才能发挥它
的作用。电解法生产氯气的发明也只有在强大的直流电机发明以后,才能真
正成为一种工业生产的方法。