氟,元素周期表第9號元素,世界上最活潑的非金屬元素。
在化學元素史上,氟元素的發現是參與人數最多、危險性最大、工作最難的研究課題之一。
1768年,德國化學家馬格拉夫在研究螢石的時候發現了氫氟酸,但一直到1819年仍然無法分離出無水氫氟酸,只是闡明了氫氟酸與玻璃的反應原理。1810年,法國物理學化學家安培,根據對氫氟酸性質的研究指出,其中可能含有一種與氯元素相似的元素,并建議把它命名為“Fluor”。詞源來自于拉丁文、法文,原意為“流動”,最后,因為氟元素來自于螢石,于是將其命名為“Fluorine”。在此之后,很多科學家都曾嘗試制備單質氟,如1813年的戴維,1836年的喬治·諾克斯和托馬士·諾克斯,1850年的弗累密,1869年的哥爾……都因無法分離而失敗,而且他們因長期接觸含氟化合物中毒而影響到身體健康。直到弗累密的學生莫瓦桑在總結前人分離失敗的原因后,經過14年反復實驗才在1886年第一次成功制得了單質氟,并于20年后因研究氟的制備和含氟化合物的研究成果,而獲得了1906年的諾貝爾化學獎。從最早發現氫氟酸,到莫瓦桑制得單質氟,前后歷時118年,多位科學家因長時間與高濃度的氫氟酸和氟氣接觸受到影響,身體狀況都不是很好,甚至獻出了生命,這確實是一段極其悲壯的化學史。
氟是化學性質最活潑、氧化性最強的物質,能同所有其他元素化合,因此自然界中不存在氟單質,主要以螢石(CaF2)等少數含氟礦物的形式存在。氫氟酸的穩定性極好,不容易分解出氟單質,而且氟單質和氫氟酸都能與玻璃發生反應,所以科學家們在進行提純和分解氟化氫的時候,往往因為使用的是玻璃儀器而導致實驗失敗。
氟元素對人來說是一種少不得也多不得的元素,飲用水中含氟量以0.5-1.0mg/m3比較適宜,太低容易導致齲齒,太高容易導致氟骨病以及骨髓畸形。
在第二次世界大戰期間,氟化學得到了迅速的發展,還要歸功于執行“曼哈頓計劃”的美國科學家們,他們在實驗中發現利用六氟化鈾的揮發性,能成功分離進行裂變的鈾-235,從而使氟受到了更多的關注。隨后,科學家們又陸續合成出K2MnF6和SbF5等新的氟化物,甚至連穩定的惰性氣體氙,也能與氟氣化合,從而引發對惰性氣體活潑性的研究和一系列包括氟化氪、氟化氡在內的惰性氣體氟化物及其衍生物的制備。
科學家們還發現含氟有機物的毒性都不太大,還具有非常奇妙的特性,例如不粘鍋上廣泛使用的特氟龍。于是氟化工受到了人們的青睞,得到了長足的發展。
現代社會中,氟已經被廣泛用于醫療、制冷、塑料、橡膠、冶煉、農藥等行業。氟元素逐漸成為現代化學工業中的重要元素,成為我國礦產資源開發利用中的新礦種。過去,氟絕大部分來源于螢石的開發利用,現在人們發現磷礦中會伴生有氟,其主要含氟礦物為碳氟磷灰石。2013年,貴州開陽磷礦(集團)回收磷肥生產過程中產生含氟廢氣,開發了國內首套氟硅綜合利用國產化技術工藝,現在已經可以年產兩萬噸氟。不過,在研究和利用氟元素的時候,還是要提防它對身體的傷害,及時做好防護工作。
(作者系武漢市第二十中學化學教師、武漢市科學家科普團成員)
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