تاریخ کشف فلوئور

دانشمند معروف شوروی، فیرسمان، این عنصر شیمیایی را «بسیار خورنده» (1) نامید. در واقع، مواد کمی هستند، چه مواد طبیعی و چه ساخته‌ی دست بشر، که بتوانند در مقابل فعالیت شیمیایی بی‌سابقه‌ی فلوئور مقاومت کنند. داستان فلوئور شرح حالی است از این خاصیت. ثابت شده است که فلوئور (از نظر تاریخی) آخرین غیر فلزی است که به حالت آزاد تهیه شده است (صرف‌نظر از گازهای بی‌اثر). یکصد سال از زمان پیش‌بینی وجود فلوئور گذشت تا اینکه دانشمندان موفق به تهیه‌ی این عنصر به حالت گازی گردیدند. شیمیدانان بیش از پانزده بار در تهیه‌ی این عنصر با شکست مواجه شدند. بعضی از دانشمندان عمر خود را بر سر این کار گذاشتند.
ترکیب طبیعی و مشهوری از فلوئور (فلورین یا فلوئوریت، CaF2) از مدتها قبل شناخته شده بود. نام این کانی بی‌ضرر، که برای هر نمونه‌بردار آشنا بود، در نوشته‌هایی از قرن شانزدهم نیز ذکر گردیده است. اما زمانی که اسید فلوئوریدریک برای اولین بار تهیه شد، فلوئوریت اهمیتی تازه یافت. تعیین اولین تهیه کننده‌ی اسید فلوئوریدریک مشکل است. آنچه همه می‌دانند این است که در سال 1670، صنعتگری از نورنبرگ، موسوم به شوانهارد (2)، موفق به مشاهده‌ی اثر خورندگی این اسید بر روی شیشه شد. وی و بسیاری از دانشمندان پس از وی عقیده داشتند که خوردگی شیشه ناشی از اثر اسید سیلیسیک است، در حالی که اسید فلوئوریدریک باعث این تغییر شده بود.
پس از یک قرن، فلورین به دست شله افتاد. وی دو نوع فلوئوریت، فلوئوریت سبز و فلوئوریت سفید، را مورد مطالعه قرار داد. این دانشمند نمونه‌های پودر شده را با اسید سولفوریک حرارت داد و متوجه شد که سطح داخلی بالن شیشه‌ای کدر شده و رسوب سفیدرنگی از ته ظرف به وجود آمده است. شله تصور کرد که فلوئوریت حاوی خاک آهک اشباع شده با یک اسید ناشناخته است. وی به این اسید آب آهک اضافه کرد و فلورین مصنوعی را، که شبیه نوعی طبیعی آن بود، به دست آورد.
سال 1771 را، که در آن اسید فلوئوریدریک تهیه شد، سال کشف فلوئور می‌دانند، اگرچه چندان نمی‌توان به صحت آن اطمینان داشت. ویژگی اسیدی که توسط شله تهیه گردید (در زمان وی به اسید سوئدی موسوم شد) سالها ناشناخته باقی ماند. در جهان علم مجادله‌ای درباره‌ی کشف شله به وجود آمد، اما سال به سال حقانیت اکتشاف وی بیشتر ثابت گردید.
اسید فلوئوریدریک وارد فهرست ترکیبات شیمیایی شناخته شده گردید و دانشمندان بتدریج پذیرفتند که این ترکیب حاوی یک عنصر شیمیایی جدید است. این اعتقاد توسط لاووازیه، که بنیان اسید مذکور (بنیان فلوئوریک) را به عنوان یک جسم ساده در «جدول اجسام ساده» وارد کرد، تقویت شد. اما این دانشمند نیز در اشتباه بود: او فکر می‌کرد که اسید یاد شده حاوی اکسیژن است. اشتباه وی قابل درک بود زیرا در آن زمان شیمیدانان اعتقاد داشتند که اکسیژن جزء لایتغیر تمام اسیدهاست.
درجه‌ی خلوص اسیدی که با استفاده از روش شله، تهیه شد راضی کننده نبود. در حدود سال 1809، گیلوساک و تنار اسید فلوئوریدریک نسبتاً خالصی تهیه کردند. این کار با حرارت دادن فلورین با اسید سولفوریک در ظرف سربی انجام گرفت. هر دو دانشمند طی انجام این آزمایشها بشدت مسموم شدند.
یک سال بعد اتفاق فوق‌العاده مهمی در تاریخچه‌ی کشف فلوئور روی داد. دو دانشمند، موسوم به دیوی انگلیسی و آمپر (3) فرانسوی، مستقلاً عدم وجود اکسیژن در اسید فلوئوریدریک را ثابت کردند. آنان معتقد بودند که اسید مزبور ترکیبی است از ئیدروژن و یک عنصر ناشناخته، و فرمول این اسید مشابه با فرمول اسید کلریدریک است. این دومین دخالت مؤثر و بی‌چون و چرای دیوی در سرنوشت هالوژنها بود (چندی پیش از آن، وی ماهیت عنصری کلر را تثبیت کرده بود).
روشن است که چرا دیوی اولین کسی بود که کوشش کرد تا فلوئور را به حالت آزاد تهیه کند. نام این عنصر توسط آمپر پیشنهاد شد. وی این عنوان را از کلمه‌ی یونانی «فلوروس» (4) به معنی «ویرانگر» اقتباس کرد. آمپر این نام را به دلیل فعالیت فوق‌العاده‌ی اسید فلوئوریدریک انتخاب کرد (شیمیدانان هنوز درصدد شناخت ماهیت مخرب فلوئور آزاد بودند!) اما دیوی مسالمت‌آمیزتر از آنان برخورد کرد و نام «فلوئور» را به تبع «کلر» برای این عنصر پیشنهاد کرد.

با وجود نامگذاری فلوئور، دیوی موفق به تهیه‌ی آن به شکل آزاد نگردید. برای مدت دو سال (1813 و 1814)، دیوی در هیجان گشودن این دژ تسخیرناپذیر بود. او از دو روش استفاده کرد: روش الکتروشیمیایی، که توانسته بود سودیوم، پتاسیوم، کلسیوم، و منیزیوم را به جهان عرضه کند، و روش به کارگیری واکنشهای کلر یا فلوئوریدها. الکترولیز اسید فلوئوریدریک نتیجه‌ای نداد و روش دوم هم با شکست مواجه شد. عارضه‌ی بیماری ناشی از کار کردن با ترکیبات فلوئور دیوی را مجبور به متوقف کردن آزمایشاتش کرد، هرچند وی یکی از اولین کسانی بود که جرم اتمی فلوئور را تعیین کرد (19/06). به نظر می‌آید که آزمایشهای ناموفق و بیماری دیوی سایر دانشمندان را از مطالعه بر روی این عنصر بازداشت و مدت 20 سال هیچ کس برای تهیه‌ی فلوئور آزاد کوششی به خرج ندارد. تنها شاگرد و دستیار دیوی، فاراده (5)، که خدماتش به جهان دانش کمتر از استادش نبود، در سال 1834 (پس از مرگ دیوی) سعی کرد معمای فلوئور آزاد را حل کند. به هر حال، ثابت شد که حتی الکترولیز فلوئوریدهای ذوب شده به روش خشک نیز بی‌فایده است.

زنجیره‌ی شکستها رو به ازدیاد گذاشته بود. در سال 1836، برادران ناکس (6) از ایرلند، درصدد حل مسئله برآمدند. طی پنج سال آزمایشات خطرناکی را، بدون دست یافتن به نتیجه، انجام دادند. در جریان این تحقیقات دو برادر مذکور بشدت مسموم شدند و یکی از آنان در اثر این مسمومیت درگذشت. در سال 1846، لایت (7) بلژیکی، و سپس شیمیدان فرانسوی، نیکاس (8)، به سرنوشت تأسف‌بار برادران ناکس دچار شدند. سرانجام، طی دو سال، 1854-1856، ظاهراً فرمی (9)، استاد مدرسه‌ی پلی تکنیک اکول (10) در پاریس، موفق به تهیه‌ی فلوئور آزاد شد. وی فلوئورید کلسیوم خشک و مذاب را به روش الکترو شیمیایی تجزیه کرد. فلز کلسیوم روی کاتود جمع شد، در حالی که روی آنودگازی آزاد گردید که نمی‌توانست چیزی جز فلوئور باشد. به هر حال، مشاهده‌ی حبابها کافی نبود، گاز می‌بایست جمع‌آوری می‌شد. و فرمی در این کار شکست خورد. اما، به عقیده‌ی ما، نام فرمی را باید به فهرست نامهای کاشفان فلوئور افزود. و در هر سال سهم وی در این زمینه کمتر از شله نبوده است.
در سال 1869، شیمیدان انگلیسی، گور (11)، مقدار کمی فلوئور آزاد را که بلافاصله به طور انفجاری با ئیدروژن ترکیب شد تهیه کرد. در حدود ده پژوهشگر دیگر نیز درصد تهیه‌ی فلوئور آزاد بودند. البته نام این پژوهشگران در تاریخ ثبت شده ولی در این نوشته به آنها اشاره نمی‌شود.
بالاخره، لحظه‌ای فرارسید که مواسان با قاطعیت سرنوشت فلوئور را در دست گرفت. وی، قبل از هر چیز، اشتباهات گذشتگان را تجزیه و تحلیل کرد و بروشنی دریافت که فاراده، فرمی، و گور به این علت که نمی‌توانستند «خشم» فلوئور را بخوابانند دچار شکست گردیده‌اند، زیرا فعالیت شیمیایی فلوئور به حدی بود که فوراً با مواد سازنده‌ی دستگاهها و ظروف آزمایش ترکیب می‌شد. مواسان به اشتباه پژوهشگرانی که سعی می‌کردند فلوئور را از واکنش کلر بر فلوئوریدها به دست آورند واقف بود. وی می‌دانست که فلوئور، از نظر اکسیدکنندگی، قویتر از کلر است.
مواسان برای غلبه بر مشکل موجود از ظرف U شکل استفاده کرد. وی در وهله‌ی اول ظرف پلاتینی به کار برد، ولی سپس تصمیم گرفت از ظرف مسی استفاده کند. چه، می‌دانست با تشکیل فلوئوریدمس، فلوئور و فلوئورید ئیدروژن بر ظرف مسی تأثیر نخواهند کرد. بر این اساس، لایه‌ی به وجود آمده بر بدنه‌ی داخلی ظرف مانع از تحلیل رفتن آن می‌شد. مواسان ظرف را با اسید فلوئوریدریک بی‌آب پر کرد و مقدار کمی بی‌فلوئورید پتاسیوم بدان افزود تا محلول خاصیت هدایت الکتریکی پیدا کند. ظرف را درون مخلوطی کرد کننده با دمای 25- درجه سانتی‌گراد قرار داد. الکترودهای پلاتینی را به قطعات فلوئورید کلسیوم (CaF2) متصل کرد. در این عمل الکترولیز، ئیدروژن روی کاتود و فلوئور روی آنود آزاد گردید. فلوئور حاصل در لوله‌های مسی ذخیره شد.
مواسان، در 26 ژوئن 1886، اولین آزمایش موفقیت‌آمیز خود را انجام داد و طی آن شعله‌ی حاصل از واکنش فلوئور و سیلیسیوم را مشاهده کرد. وی گزارش متواضعانه‌ای به آکادمی علوم پاریس فرستاد و طی آن خاطرنشان کرد که در مورد ماهیت گاز آزاد شده فرضیه‌های مختلفی امکان‌پذیر است. ساده‌ترین آنها این بود که عملاً فلوئور آزاد شده است، اگرچه گاز مزبور می‌توانست پرفلوئورید ئیدروژن یا حتی مخلوطی از فلوئورید ئیدروژن و اوزن باشد. فعالیت شیمیایی این مخلوط به حدی زیاد است که می‌تواند با شدت بر اسید سیلیسیک متبلور اثر کند.
مواسان عضو آکادمی نبود و، به همین دلیل، گزارشش توسط دوبره (12) خوانده شد. کمیته‌ی ویژه‌ای مرکب از دوبره، فرمی، و ارشدترین شیمیدان آن زمان فرانسه، برتلو (13)، برای بررسی آزمایشات مواسان تشکیل گردید. روز اول، مواسان در تهیه‌ی فلوئور آزاد با شکست مواجه شد اما روز دیگر این کار را با موفقیت انجام داد و کمیته به پیروزی وی شهادت داد. بر این اساس، ورق مهم دیگری بر تاریخچه‌ی فلوئور افزوده شد. شاید سال 1886، سالی که طی آن فلوئور آزاد تهیه شد، مهمترین ورق از دفتر شرح حال این عنصر باشد. در سال 1887 مواسان توانست فلوئور مایع را نیز تهیه کند.

پی‌نوشت‌:

1. Omnivorous
2. Schwanhard .
3. Anpere .
4. . Floros
5. Faraday .
6. Knox .
7. Layette .
8. Niklesse .
9. Fremy .
10. Ecole .
11. Gore .
12. Debray .
13. Berthelot .

منبع مقاله :
تریفونوف، دیمیتری نیکولایویچ ، تریفونوف، ولادیمیر؛ (1390)، تاریخچه‌ی کشف عناصر شیمیایی، برگردان: عبدالله زرافشان، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ چهارم