难以琢磨的元素-氟
化学先生 / 2019-05-19
氟的发现，被认为是上个世纪最困难的任务之一。自1768年马格拉夫发现氯化氢(HF)以后，到1886年法国化学家莫瓦桑制得单质氯(F2)经历了118年之久。这其中不少科学家为此不屈不挠地辛勤劳动，很多人由此而中剧毒，有的甚至贡献了他们宝贵的生命。
1529年德国化学家阿格里科尔确认萤石的存在，人们开始认识氟的存在。
1670年德国组伦堡的艺术家斯瓦恩哈德发明用萤石和硫酸作为玻璃工业的刻蚀剂。1764年马格拉夫研究了酸与萤石的反应。
1780年瑞典化学家舍勒在研究硫酸与萤石作用时，他断言生成的酸是一种无机酸，称之为萤石酸，并预言在这种酸中，含有一种新的活泼元素。当时曾被称为“不可驯服的”“不可捉摸”的元素。从这以后，许多化学家致カ于分离这个未知元素，但一次一次都失败了。先后有德、英、瑞典、比利时、法国的化学家参加了研究工作。仅在法国就经历了4代人，总共106年。为了征服元素氟，先后有4位化学家由于氟中毒而献出了生命，其中有爱尔兰科学院成员托玛克·落克斯( Tomac Noks)兄弟俩、比利时化学家路易埃( P. Louie)、法国化学家杰罗・玛尼克菜(J. Malikre);有的化学家如戴维莫瓦桑等由于在研制过程中受氟的危害得了重病而过早地去世。
1886年法国人莫瓦桑在总结前人经验某础上，利用铂制U形管，用铂铱合金作电极，在-23℃下，电解干燥的氟氢化钾终于第一次制得单质氟。这一成果轰动了当时法国科学院，也成为当时世界化学领域的一个重大事件。莫瓦桑因此而被授予90年度诺贝尔化学奖。但由于有害气体的毒害和长期的劳累，莫瓦桑于获奖的次年便去世，年仅55岁。
关于氟的命名，早在1810年德国化学家戴维与安培就曾建议用希腊字“Fuo表示这个未知元素，含“流动”之意。因含氟矿物称为萤石或氟石，远古时代，人们在金属治炼过程中就知道用萤石作熔剂。萤石和矿石在一起加热时，会使杂质生成流动性的矿渣而与金属分离，因此将其称为 lures，拉丁语“流动”( fluore)之意。元素氟“ Fluorine”，自石(fuor)中制得因此而得名。法语从氟化氢(HF)的性质又赋予氟元素破坏的”原意。
在所有的元素中，氟是最活泼的。
氟是淡黄色的气体，有特殊难闻的臭味，剧毒。在-188℃以下，凝成黄卤族元素色的液体，在-22℃变成黄色结晶体。在常温下，氟几乎能和所有的元素化合:大多数金属都会被氟腐蚀，碱金属在氟气中会燃烧，甚至连黄金在受热后，也能在氟气中燃烧。许多非金属，如硅、磷、硫等同样也会在氟气中燃烧。如果把氟通入水中，它会把水中的氢夺走，放出原子氧。例外的只有铂在常温下不会被氟腐蚀(高温时仍被腐蚀)，因此，在用电解法制造氟时，便用铂作电极。
在原子能工业上，氟有着重要的用途:人们用氟从铀矿中提取铀235，因为钠和氟的化合物很易挥发，用分馏法可以把它和其他杂质分开，得到十分纯净的铀235。铀235是制造原子弹的原料。在铀的所有化合物中，只有氟化物具有很好的挥发性能。
氟最重要的化合物是氟化氢。氟化氢很易溶解于水，水溶液叫氢氟酸，这正如氯化氢的水溶液叫盐酸一样。氢氟酸都是装在聚乙烯塑料瓶里的。如果装在玻璃瓶里的话，过一会儿，整个玻璃瓶都会被它溶解掉一一因为它能强烈地腐蚀玻璃。人们便利用它的这一特性，先在玻璃上涂一层石蜡，再用刀子划破蜡层刻成花纹，涂上氢氟酸。过了一会儿，洗去残余的氢氟酸，副掉蜡层，玻璃上便出现美丽的花纹。玻璃杯上的刻花、玻璃仪器上的刻度都是用氢氟酸“刻”成的。由于氢氟酸会强烈腐蚀玻璃，所以在制造氢氟酸时不能使用玻璃的设备，而必须在铅制设备中进行。
在工业上，氟化氢大量被用来制造聚四氟乙烯塑料(俗称特富隆)。聚四氟乙烯号称“塑料之王”，具有极好的耐腐蚀性能，即使是浸在王水中，也不会被侵蚀。它又耐250℃以上的高温和-269.3℃以下的低温，这在原子能工业、半导体工业、超低温研究和宇宙火箭等尖端科学技术中，有着重要的应用。我国在1965年已试制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑，滴水不活。人们用它来制造自来水笔的笔尖，吸完墨水后，不必再用纸来擦净墨水，因为表面上一点墨水也不活。氟化氢也被用来氟化一些有机化合物。著名的冷冻剂“氟利昂”，便是氟与碳、氯的化合物。在酿酒工业上，人们用氢氟酸杀死一些对发酵有害的细菌。
大家都见过显微镜吧。
从树上摘下一片叶子，切下一点，把它捣碎，把流出来的汁水随一点，放在显微镜的镜头下，你从镜头上面看下去，就可以看到许多植物的细胞而用肉眼是看不见它们的。
多么奇妙的镜头啊!
可你知道镜头是用什么做成的吗?
这大家都知道，镜头是用玻璃磨制而成的。然而，在镜头上还有另外一种冬西，这就是氧的一种化合物。
奇怪，镜头上为什么要用氟的化合物呢?
原来，普通玻璃都会反射光线，当光线通过棱镜或透镜时，总会有不同程度的损失，其中的大部分是由于玻璃的反射造成的。这对普通玻璃来说算不了什么，可是对一部精密的光学仪器来说，就了不得了。镜头上损失的些光线可能会引起科学研究上的重大失误。
所以，一部精密的光学仪器要求人射光线的损失降低到最小的程度，而普通的玻璃是办不到这一点的。 那怎么办呢?
这时活的氟派上用场了。
果然，人们在玻璃的表面涂上一层薄薄的氟化物之后，玻璃反射光线的能力一下子降到了原来的1/10，这样就大大地提高了光学仪器的效率和科学研究的准确性。
这种表面涂氟化物的化学玻璃在照相机上也有很重要的作用，用它做成的照相机镜头能吸收物体反射过来的差不多所有的光线，因而照出的相片更清晰、更好看。
玻璃一般都是透明的，可是，在普通玻璃中加进一些氟化物后，就可以制造出一种乳白色的玻璃，利用这种玻璃制造的灯泡可以降低钨丝的耀眼程度，还可以使灯泡发出的光线比以前更亮，真是一举两得。
我们知道，饭好吃锅难洗，特别是烧过粥的锅，在锅底经常粘着一层锅巴，洗起来很麻烦。
有没有一种不粘饭菜的锅呢?
现在，一些厂家已经推出了这种使用起来十分方便的不粘锅，在炒菜烧饭时再也不用担心粘锅底了，而且吃完饭后，只要用水一神，锅就会干干净净。
那么，这种锅为什么会有这种性能呢?
这是因为人们在锅的内表面涂了一层“特富隆”，它的学名叫聚四氯乙烯，表面十分光滑，所以食物不会粘在它上面。而且，这层“特富隆”还可以把食物跟铝质隔开，能够避免人体摄人过量的铝。
在1916年时，美国科罗拉多州一个地区的居民都得了一种怪病，无论男女老幼，牙齿上都有许多斑点，当时人们把这种病叫做“班状釉齿病”，现在人们一般都把它称作“龋齿”。
这儿的居民为什么都会得上这种病呢?
原来，这里的水源中缺氟，而氟是人体必需的微量元素，它能使人体形成强硬的骨骼并预防龋齿。当地的居民由于长期饮用这种缺氟的水，因而对齿的抵抗力下降，全都患了病。
为何人体缺氟会患上龋齿呢?
这是因为:我们每天吃的食物，都属于多糖类，吃完饭后如果不刷牙就会有一些食物残在牙缝中，在酶的作用下，它们会转化成酸，这些酸会限牙齿表面的珐琅质发生反应，形成可溶性的盐，使牙齿不断受到腐蚀，从而形成龋齿。
而如果我们每天吸收适量的氟，那么氟就会以氟化钙的形式存在于骨骼和牙齿中。氟化钙很稳定，口腔里形成的酸液腐蚀不了它，因而可以预防龋齿。
为了预防龋齿，人们采取了许多措施。比如说在缺氟的水中补充一些氟。这样人们在喝水时不知不觉地会吸收一些氟，另外，人们还研制出了各种含氟牙膏，它们中的氟化物会加固牙齿，不受腐蚀，而且，有些氟化物还能阻止口腔中酸的形成，这就从根本上解决了问题，因而效果十分明显。
在大自然中，氟的分布很广，约占地壳总重量的万分之二最重要的氟矿是萤石一一氟化钙。萤石很漂亮，有玻璃般的光泽，正方块状，随着所含的杂质的不同，有淡黄、浅绿、淡蓝、紫、褐、红等色。我国在古代便已知道萤石了，并用它制作装饰品。现在，萤石大量被用来制造氟化氢和氟。在炼铝工业上，也消耗大量的萤石，因为用电解法制铝时，加入冰晶石可降低氧化铝的熔点。天然的冰晶石很少，要用萤石做原料来制造。除了萤石外，磷灰石中也含有约3％的氟。土壤中约平均含氟2/10000河水中含氟2/1000000海水中含氟约1/1000000。
在人体中，氟主要集中在骨骼和牙齿，特别是牙齿，含氟达2/10000牡蛎壳的含氟量约比海水含氟量高20倍。植物体也含氟，尤其是葱和豆类含氟最多。如果长期生活在贫氟区域，则易引起龋齿症。但若一直生活在高氟区则高氟又会破坏钙磷的正常代谢，使骨质发生异常改变，干扰某些酶的正常作用和蛋白质的代谢，从而影响中枢神经的正常活动，降低应激性。严重氟中毒后，由于病人脊柱发生异常弯曲，呈驼背畸形，四肢肌肉萎缩，甚至呈半瘫痪或瘫痪状态，生活不能自理。
氟利昂是大家熟悉的制冷剂，由于它的大量使用，使进入大气中的含氟化物逐年增加，造成严重的大气污染，臭氧层稀薄。因此，氟的回收和综合利用，已经成为一项十分重要的任务。
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