難以琢磨的元素-氟
化學先生 / 2019-05-19
氟的發(fā)現(xiàn)，被認為是上個世紀最困難的任務之一。自1768年馬格拉夫發(fā)現(xiàn)氯化氫(HF)以后，到1886年法國化學家莫瓦桑制得單質氯(F2)經歷了118年之久。這其中不少科學家為此不屈不撓地辛勤勞動，很多人由此而中劇毒，有的甚至貢獻了他們寶貴的生命。
1529年德國化學家阿格里科爾確認螢石的存在，人們開始認識氟的存在。
1670年德國組倫堡的藝術家斯瓦恩哈德發(fā)明用螢石和硫酸作為玻璃工業(yè)的刻蝕劑。1764年馬格拉夫研究了酸與螢石的反應。
1780年瑞典化學家舍勒在研究硫酸與螢石作用時，他斷言生成的酸是一種無機酸，稱之為螢石酸，并預言在這種酸中，含有一種新的活潑元素。當時曾被稱為“不可馴服的”“不可捉摸”的元素。從這以后，許多化學家致カ于分離這個未知元素，但一次一次都失敗了。先后有德、英、瑞典、比利時、法國的化學家參加了研究工作。僅在法國就經歷了4代人，總共106年。為了征服元素氟，先后有4位化學家由于氟中毒而獻出了生命，其中有愛爾蘭科學院成員托瑪克·落克斯( Tomac Noks)兄弟倆、比利時化學家路易埃( P. Louie)、法國化學家杰羅?瑪尼克菜(J. Malikre);有的化學家如戴維莫瓦桑等由于在研制過程中受氟的危害得了重病而過早地去世。
1886年法國人莫瓦桑在總結前人經驗某礎上，利用鉑制U形管，用鉑銥合金作電極，在-23℃下，電解干燥的氟氫化鉀終于第一次制得單質氟。這一成果轟動了當時法國科學院，也成為當時世界化學領域的一個重大事件。莫瓦桑因此而被授予90年度諾貝爾化學獎。但由于有害氣體的毒害和長期的勞累，莫瓦桑于獲獎的次年便去世，年僅55歲。
關于氟的命名，早在1810年德國化學家戴維與安培就曾建議用希臘字“Fuo表示這個未知元素，含“流動”之意。因含氟礦物稱為螢石或氟石，遠古時代，人們在金屬治煉過程中就知道用螢石作熔劑。螢石和礦石在一起加熱時，會使雜質生成流動性的礦渣而與金屬分離，因此將其稱為 lures，拉丁語“流動”( fluore)之意。元素氟“ Fluorine”，自石(fuor)中制得因此而得名。法語從氟化氫(HF)的性質又賦予氟元素破壞的”原意。
在所有的元素中，氟是最活潑的。
氟是淡黃色的氣體，有特殊難聞的臭味，劇毒。在-188℃以下，凝成黃鹵族元素色的液體，在-22℃變成黃色結晶體。在常溫下，氟幾乎能和所有的元素化合:大多數(shù)金屬都會被氟腐蝕，堿金屬在氟氣中會燃燒，甚至連黃金在受熱后，也能在氟氣中燃燒。許多非金屬，如硅、磷、硫等同樣也會在氟氣中燃燒。如果把氟通入水中，它會把水中的氫奪走，放出原子氧。例外的只有鉑在常溫下不會被氟腐蝕(高溫時仍被腐蝕)，因此，在用電解法制造氟時，便用鉑作電極。
在原子能工業(yè)上，氟有著重要的用途:人們用氟從鈾礦中提取鈾235，因為鈉和氟的化合物很易揮發(fā)，用分餾法可以把它和其他雜質分開，得到十分純凈的鈾235。鈾235是制造原子彈的原料。在鈾的所有化合物中，只有氟化物具有很好的揮發(fā)性能。
氟最重要的化合物是氟化氫。氟化氫很易溶解于水，水溶液叫氫氟酸，這正如氯化氫的水溶液叫鹽酸一樣。氫氟酸都是裝在聚乙烯塑料瓶里的。如果裝在玻璃瓶里的話，過一會兒，整個玻璃瓶都會被它溶解掉一一因為它能強烈地腐蝕玻璃。人們便利用它的這一特性，先在玻璃上涂一層石蠟，再用刀子劃破蠟層刻成花紋，涂上氫氟酸。過了一會兒，洗去殘余的氫氟酸，副掉蠟層，玻璃上便出現(xiàn)美麗的花紋。玻璃杯上的刻花、玻璃儀器上的刻度都是用氫氟酸“刻”成的。由于氫氟酸會強烈腐蝕玻璃，所以在制造氫氟酸時不能使用玻璃的設備，而必須在鉛制設備中進行。
在工業(yè)上，氟化氫大量被用來制造聚四氟乙烯塑料(俗稱特富隆)。聚四氟乙烯號稱“塑料之王”，具有極好的耐腐蝕性能，即使是浸在王水中，也不會被侵蝕。它又耐250℃以上的高溫和-269.3℃以下的低溫，這在原子能工業(yè)、半導體工業(yè)、超低溫研究和宇宙火箭等尖端科學技術中，有著重要的應用。我國在1965年已試制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑，滴水不活。人們用它來制造自來水筆的筆尖，吸完墨水后，不必再用紙來擦凈墨水，因為表面上一點墨水也不活。氟化氫也被用來氟化一些有機化合物。著名的冷凍劑“氟利昂”，便是氟與碳、氯的化合物。在釀酒工業(yè)上，人們用氫氟酸殺死一些對發(fā)酵有害的細菌。
大家都見過顯微鏡吧。
從樹上摘下一片葉子，切下一點，把它搗碎，把流出來的汁水隨一點，放在顯微鏡的鏡頭下，你從鏡頭上面看下去，就可以看到許多植物的細胞而用肉眼是看不見它們的。
多么奇妙的鏡頭啊!
可你知道鏡頭是用什么做成的嗎?
這大家都知道，鏡頭是用玻璃磨制而成的。然而，在鏡頭上還有另外一種冬西，這就是氧的一種化合物。
奇怪，鏡頭上為什么要用氟的化合物呢?
原來，普通玻璃都會反射光線，當光線通過棱鏡或透鏡時，總會有不同程度的損失，其中的大部分是由于玻璃的反射造成的。這對普通玻璃來說算不了什么，可是對一部精密的光學儀器來說，就了不得了。鏡頭上損失的些光線可能會引起科學研究上的重大失誤。
所以，一部精密的光學儀器要求人射光線的損失降低到最小的程度，而普通的玻璃是辦不到這一點的。 那怎么辦呢?
這時活的氟派上用場了。
果然，人們在玻璃的表面涂上一層薄薄的氟化物之后，玻璃反射光線的能力一下子降到了原來的1/10，這樣就大大地提高了光學儀器的效率和科學研究的準確性。
這種表面涂氟化物的化學玻璃在照相機上也有很重要的作用，用它做成的照相機鏡頭能吸收物體反射過來的差不多所有的光線，因而照出的相片更清晰、更好看。
玻璃一般都是透明的，可是，在普通玻璃中加進一些氟化物后，就可以制造出一種乳白色的玻璃，利用這種玻璃制造的燈泡可以降低鎢絲的耀眼程度，還可以使燈泡發(fā)出的光線比以前更亮，真是一舉兩得。
我們知道，飯好吃鍋難洗，特別是燒過粥的鍋，在鍋底經常粘著一層鍋巴，洗起來很麻煩。
有沒有一種不粘飯菜的鍋呢?
現(xiàn)在，一些廠家已經推出了這種使用起來十分方便的不粘鍋，在炒菜燒飯時再也不用擔心粘鍋底了，而且吃完飯后，只要用水一神，鍋就會干干凈凈。
那么，這種鍋為什么會有這種性能呢?
這是因為人們在鍋的內表面涂了一層“特富隆”，它的學名叫聚四氯乙烯，表面十分光滑，所以食物不會粘在它上面。而且，這層“特富隆”還可以把食物跟鋁質隔開，能夠避免人體攝人過量的鋁。
在1916年時，美國科羅拉多州一個地區(qū)的居民都得了一種怪病，無論男女老幼，牙齒上都有許多斑點，當時人們把這種病叫做“班狀釉齒病”，現(xiàn)在人們一般都把它稱作“齲齒”。
這兒的居民為什么都會得上這種病呢?
原來，這里的水源中缺氟，而氟是人體必需的微量元素，它能使人體形成強硬的骨骼并預防齲齒。當?shù)氐木用裼捎陂L期飲用這種缺氟的水，因而對齒的抵抗力下降，全都患了病。
為何人體缺氟會患上齲齒呢?
這是因為:我們每天吃的食物，都屬于多糖類，吃完飯后如果不刷牙就會有一些食物殘在牙縫中，在酶的作用下，它們會轉化成酸，這些酸會限牙齒表面的琺瑯質發(fā)生反應，形成可溶性的鹽，使牙齒不斷受到腐蝕，從而形成齲齒。
而如果我們每天吸收適量的氟，那么氟就會以氟化鈣的形式存在于骨骼和牙齒中。氟化鈣很穩(wěn)定，口腔里形成的酸液腐蝕不了它，因而可以預防齲齒。
為了預防齲齒，人們采取了許多措施。比如說在缺氟的水中補充一些氟。這樣人們在喝水時不知不覺地會吸收一些氟，另外，人們還研制出了各種含氟牙膏，它們中的氟化物會加固牙齒，不受腐蝕，而且，有些氟化物還能阻止口腔中酸的形成，這就從根本上解決了問題，因而效果十分明顯。
在大自然中，氟的分布很廣，約占地殼總重量的萬分之二最重要的氟礦是螢石一一氟化鈣。螢石很漂亮，有玻璃般的光澤，正方塊狀，隨著所含的雜質的不同，有淡黃、淺綠、淡藍、紫、褐、紅等色。我國在古代便已知道螢石了，并用它制作裝飾品?，F(xiàn)在，螢石大量被用來制造氟化氫和氟。在煉鋁工業(yè)上，也消耗大量的螢石，因為用電解法制鋁時，加入冰晶石可降低氧化鋁的熔點。天然的冰晶石很少，要用螢石做原料來制造。除了螢石外，磷灰石中也含有約3％的氟。土壤中約平均含氟2/10000河水中含氟2/1000000海水中含氟約1/1000000。
在人體中，氟主要集中在骨骼和牙齒，特別是牙齒，含氟達2/10000牡蠣殼的含氟量約比海水含氟量高20倍。植物體也含氟，尤其是蔥和豆類含氟最多。如果長期生活在貧氟區(qū)域，則易引起齲齒癥。但若一直生活在高氟區(qū)則高氟又會破壞鈣磷的正常代謝，使骨質發(fā)生異常改變，干擾某些酶的正常作用和蛋白質的代謝，從而影響中樞神經的正常活動，降低應激性。嚴重氟中毒后，由于病人脊柱發(fā)生異常彎曲，呈駝背畸形，四肢肌肉萎縮，甚至呈半癱瘓或癱瘓狀態(tài)，生活不能自理。
氟利昂是大家熟悉的制冷劑，由于它的大量使用，使進入大氣中的含氟化物逐年增加，造成嚴重的大氣污染，臭氧層稀薄。因此，氟的回收和綜合利用，已經成為一項十分重要的任務。
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