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氟是元素周期表中最活泼的化学元素,它几乎能与所有的化学元素发生化学反应,而且反应非常剧烈。当氟与水接触时,立即产生氧气而着起火来,仿佛水燃烧起来了。石棉是一种防火、隔热的材料,所以炼钢工人可以穿石棉工作服,戴石棉帽和手套进行操作。可是,当石棉遇到氟,也会着起火来。被人们誉为稀有气体的物质,它们的化学性质特别稳定,但它们却能与氟形成许多化合物,比如氟能与稀有气体中的氙和氪反应,生成氙和氪的化合物XeF[,2],KrF[,2]等。
玻璃是大家熟悉的常用物质,它耐火、耐高温,但它在氟气流中也会燃烧。玻璃也是一种耐酸、耐腐蚀的材料,连强酸如硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸等,甚至于能溶解金子的“王水”,盛在玻璃质烧杯内,烧杯都不会发生什么变化。可是,如果把氢氟酸装在无色透明的玻璃瓶子里,很快瓶子内壁模糊,玻璃开始被腐蚀了。这是因为氢氟酸能与玻璃的主要成分硅酸盐发生反应。可以说氢氟酸是玻璃的“克星”。很久以前,聪明的工匠们就已认识到这一特性,对玻璃进行再加工,可以在玻璃上绘画出所需要的美丽图案和文字。化学实验室里有许多玻璃仪器,上面有表示容量的刻度,它们也是用氢氟酸腐蚀而成的。
常温常压下,氟(F[,2])是一种淡黄色的气体, 有很强的刺激性。由于氟是一种剧毒的气体,因此直接嗅到它的气味的人并不多,在仅有的一些文献记载中,讲到它的气味与氯气很相似。
早在19世纪,氟这种活性高、毒性大的气体,一直被化学家看成是难以驯服的“野马”。由于它特别活泼,无法用任何化学试剂将它从矿物中提取出来,在近半个世纪的时间里,先后有十几位化学家致力于氟气的制取,都未获得成功。有的科学家因接触过多的氟化物中了毒,有的甚至为此献出了生命,“氟气的制备”成为化学史上悲壮的一页。但这并没有吓倒无畏的科学家,反而坚定了他们征服氟的决心,法国化学家莫瓦桑就是其中的一位。首先,他吸取前人失败的教训,得出化学方法已经不可能制得氟气这一关键性的结论,认为只能采用电解的方法,利用电的威力把氟从矿物中提取出来。由于氟特别活泼,必须选用特别耐腐蚀的材料制作电解槽,当时只有昂贵的金属铂制作的电解槽才能符合要求,其他如陶瓷、玻璃的电解槽都不适用。制作电极的材料也不能选用传统的碳电极、石墨电极或铁电极,而要用铱合金制作电极。接着,莫瓦桑将原料无水氟化氢和氟化钾仔细提纯。终于在1886年6月26日,在铂金容器中电解20%的氟化钾无水氟化氢熔融液,首次成功地制得并分离出单质氟气。从此人类驯服了这匹“野马”,莫瓦桑本人也因此获得了1906年诺贝尔化学奖。
氟的化合物具有广泛的用途。氟化钠可以制造杀虫剂,氟化氢可用于雕刻玻璃、合成特殊的塑料橡胶。氟元素化学性质最活泼,但一旦转变成高分子化合物——聚四氟乙烯以后,就变成了一种化学性质特别稳定的物质,这种物质不会轻易被外界的热、光、化学物质腐蚀所破坏,除了熔解的碱金属外,它几乎不受任何化学试剂影响。
不锈钢是我们常用的耐腐蚀的器具,它主要是对氧化性酸具有良好的抗腐蚀性,而对非氧化性酸如盐酸或者盐水、海水不具备很好的抗腐蚀性,时间长了,不锈钢照样会腐蚀。而聚四氟乙烯不吸潮、不会燃烧,对氧和紫外线稳定,不能被任何氧化性酸、非氧化性酸、有机溶剂所溶解,它还有良好的电学性能和耐辐射性能。它的优越性远比不锈钢强。这些良好的性能使聚四氟乙烯获得了“塑料之王”美誉。
氟与碳、氢、氯或溴形成一类称为氟利昂(氟氯烃)的化合物,是20世纪初人类的重大发现,它可作为电冰箱、空调器、工厂制冷机中的制冷剂,用于泡沫塑料、护发摩丝、灭火剂、杀虫剂等。由于它无毒、无味,性质稳定,在大气对流层中对人类没有不良副作用,所以用它代替了早期使用的氨、二氧化硫、氯仿等致冷剂。但是20世纪70年代以来,环境科学家发现,氟利昂排放到大气中,上升到大气平流层时,就会吸收太阳紫外线获得高能量而变得不稳定,分解释放出活泼性极大的氯原子,成为臭氧和氧气相互转化反应的催化剂。1个氯原子能破坏100,000个臭氧分子,造成大气平流层中臭氧浓度急剧降低甚至出现臭氧层空洞。臭氧是地球生命的保护伞;没有那薄薄的一层臭氧,地球上绝大部分生命都会消失。具有强大杀伤力的紫外线穿过臭氧层空洞,直接到达地球表面,其恶果之一是导致人类皮肤癌、白内障的发病率增高。为了保护人类生存的环境,1985年8月,由20 多个国家签署了《保护臭氧层国际公约》,目前有30多个国家批准了该公约的《关于臭氧层物质的蒙特利尔协议书》,这些国际性的公约提出了限制氟利昂的使用规定,要求人们积极研制和使用新的代用品。
氟与我们人类的健康也有密切的关系。氟是人体必需的微量元素之一,如果人体缺少这种元素,就容易得龋齿病。氟化物可以与牙齿中所含的钙作用,在牙齿表面形成一层坚实的氟化钙保护层,氟化钙可以有效地防止酸侵蚀和虫蛀。缺少了氟就不能有效地形成氟化钙,牙齿在细菌和外界因素的影响下,牙齿的釉质、牙本质或牙骨质就会发生一种破坏性慢性病,对人类口腔卫生的危害很大。在我国,这种发病率高达50%,因此预防龋齿十分重要。科学家发现饮水中含氟量达到10[-6]的地区,居民患龋齿病者较少,所以可用饮水中加氟来预防龋齿。牙膏内加入氟化物也是应用最广的防龋齿的方法,常见的有氟化钠牙膏、氟化锶牙膏、氟化亚锡牙膏、氟化铵牙膏。氟可以预防龋齿,但是你可别认为人体中氟的含量越高越好,饮水中氟含量超过10[-6]的水平时,氟会与人体中体液里的钙离子结合,生成溶解度很小的氟化钙,它们沉积在骨骼里,会引起氟骨症,沉积在牙齿上则会形成氟斑牙,地氟病就是地方性的因饮食或饮水或空气中氟的含量偏高引起的。治疗氟斑牙和氟骨症的方法是补充钙,使过多的氟转变成氟化钙排出体外。所以饮水加氟或者是其他的加氟也不能一味去追求,含氟量必须严格控制,太少了不行,太多了则会有害,有资料表明,人体中氟的浓度为0.5mg/L~1.0mg/L时,龋齿和氟斑牙的发病率都是最低。
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