氟(fluorine)是一种非金属化学元素,化学符号为F,原子序数为9。氟是卤族元素之一,属周期系ⅦA族,在元素周期表中位于第二周期。氟元素的单质是F2,它是一种淡黄色有剧毒的气体。氟气的腐蚀性很强,化学性质极为活泼,是氧化性最强的物质之一,甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应 。氟是特种塑料、橡胶和冷冻机(氟氯烷)中的关键元素。由于氟的特殊化学性质,氟化学在化学发展史上有重要的地位。
元素氟
早在 1529 年,德国矿物学家阿格里克拉曾记载过,当时矿工已用萤石(一种含氟的矿石)作为炼钢时的铸熔剂。
萤石(Fluorite)又称氟石。自然界中较常见的一种矿物,可以与其他多种矿物共生,世界多地均产,有5个有效变种。等轴晶系,主要成分是氟化钙(CaF₂) 。结晶为八面体和立方体。晶体呈玻璃光泽,颜色鲜艳多变,质脆,莫氏硬度为4,熔点1360℃,具有完全解理的性质。部分样本在受摩擦、加热、紫外线照射等情况下可以发光。
该矿物来自火山岩浆,在岩浆冷却过程中,被岩浆分离出来的气水溶液内含氟,在溶液沿裂隙上升的过程里,气水溶液中的氟离子与周围岩石中的钙离子结合,形成氟化钙,冷却结晶后即形成萤石。
萤石
1670 年德国玻璃工施瓦哈德偶尔将萤石与硫酸接触,产生了一种气体,使他所戴的眼镜上蒙上了一层薄雾,他意识到这种气体可以腐蚀玻璃。于是他用蜡保护玻璃的某些部分,使其他部分受这种气体的腐蚀,这样玻璃表面就形成了花纹图案。有花纹图案的玻璃受到了宫廷皇室的赏识,这项利用氟化氢刻蚀玻璃的技术使他赚了不少钱。
1780 年瑞典化学家卡尔·威尔海姆·舍勒对这一现象着迷,设想萤石与硫酸接触产生的气体可能含有某种未知的、更为活泼的元素。为此他多次进行这一反应实验。由于当时缺乏化学检测方法,化学家常采用鼻嗅口尝的办法去鉴别,结果导致他在 43 岁的盛年就因中毒而过早离开了人世。执着使化学家们前赴后继地追求知识。
卡尔·威尔海姆·舍勒
舍勒虽然发现了氟化物,但他并没有意识到里面包含了一种当时未知的元素,而真正开启化学家们提取氟单质旅程的,居然是著名的物理学家安培。
安德烈·玛丽·安培
安培预言氢氟酸中有一种未知元素,并将其命名为“氟”。
汉弗里·戴维
1813年,有着“化学元素之王”称号的英国科学家汉弗里·戴维在接到安培信件后,对他的看法十分认同,并开始尝试用电化学的方法来分解氟化物。
结果,他却被实验过程中产生的浓烟所伤,提取氟单质的实验以失败告终。
乔治·诺克斯
二十多年后的1836年,苏格兰的诺克斯兄弟希望通过加热氯气和氟化汞的方式制取氟单质。最终不但失败了,而且其中一人还因中毒去世,另一人则整整在病床上躺了3年。
被氟伤害的化学家还有比利时的鲁耶特、法国的尼克雷、费雷米、英国的哥尔等人,而且此后为它牺牲的人数还在不断增加。
亨利·莫瓦桑
直到100多年后,法国化学家莫瓦桑改良了戴维的电解法,同时还加入了冷冻剂,将实验温度一直控制在零下23摄氏度以下。
1886年6月26日这天,莫瓦桑终于制取出了氟单质。单质氟被提取出来了,化学家们的牺牲看似从此结束,但氟对人类和环境的伤害却没有停止。
1928年,美国化学家托马斯·米奇利合成了一种无毒氟化物——氟利昂。直到1974年,科学家们才意识到,应用氟利昂会对臭氧层造成严重破坏。
杜邦公司
20世纪90年代,杜邦公司在生产聚四氟乙烯的过程中使用了一种名叫全氟辛酸的氟化物,污染了当地的水源和土壤。截至2015年10月,共有3500多人对杜邦提起诉讼。最终,杜邦赔偿了约6亿美元,并于2013年宣布停止全氟辛酸的生产和使用,如今,世界上其它的一些公司也在逐步停止使用全氟辛酸。
“魔鬼”的另一面是“天使”
含氟的医药产品
细数氟元素,从研究到应用,总是伴随着牺牲和伤害,可氟元素真的对人百害而无一利吗?其实,现在人类对氟的认识已经更加全面了,氟也更科学地被广泛应用于农药、医药、材料、原子能、航空航天等各个领域,我们在利用氟改善生活的同时,也在努力让它与人类和环境更加和谐地相处。


元素氟
早在 1529 年,德国矿物学家阿格里克拉曾记载过,当时矿工已用萤石(一种含氟的矿石)作为炼钢时的铸熔剂。
萤石(Fluorite)又称氟石。自然界中较常见的一种矿物,可以与其他多种矿物共生,世界多地均产,有5个有效变种。等轴晶系,主要成分是氟化钙(CaF₂) 。结晶为八面体和立方体。晶体呈玻璃光泽,颜色鲜艳多变,质脆,莫氏硬度为4,熔点1360℃,具有完全解理的性质。部分样本在受摩擦、加热、紫外线照射等情况下可以发光。
该矿物来自火山岩浆,在岩浆冷却过程中,被岩浆分离出来的气水溶液内含氟,在溶液沿裂隙上升的过程里,气水溶液中的氟离子与周围岩石中的钙离子结合,形成氟化钙,冷却结晶后即形成萤石。
萤石
1670 年德国玻璃工施瓦哈德偶尔将萤石与硫酸接触,产生了一种气体,使他所戴的眼镜上蒙上了一层薄雾,他意识到这种气体可以腐蚀玻璃。于是他用蜡保护玻璃的某些部分,使其他部分受这种气体的腐蚀,这样玻璃表面就形成了花纹图案。有花纹图案的玻璃受到了宫廷皇室的赏识,这项利用氟化氢刻蚀玻璃的技术使他赚了不少钱。
1780 年瑞典化学家卡尔·威尔海姆·舍勒对这一现象着迷,设想萤石与硫酸接触产生的气体可能含有某种未知的、更为活泼的元素。为此他多次进行这一反应实验。由于当时缺乏化学检测方法,化学家常采用鼻嗅口尝的办法去鉴别,结果导致他在 43 岁的盛年就因中毒而过早离开了人世。执着使化学家们前赴后继地追求知识。
卡尔·威尔海姆·舍勒
舍勒虽然发现了氟化物,但他并没有意识到里面包含了一种当时未知的元素,而真正开启化学家们提取氟单质旅程的,居然是著名的物理学家安培。
安德烈·玛丽·安培
安培预言氢氟酸中有一种未知元素,并将其命名为“氟”。
汉弗里·戴维
1813年,有着“化学元素之王”称号的英国科学家汉弗里·戴维在接到安培信件后,对他的看法十分认同,并开始尝试用电化学的方法来分解氟化物。
结果,他却被实验过程中产生的浓烟所伤,提取氟单质的实验以失败告终。
乔治·诺克斯
二十多年后的1836年,苏格兰的诺克斯兄弟希望通过加热氯气和氟化汞的方式制取氟单质。最终不但失败了,而且其中一人还因中毒去世,另一人则整整在病床上躺了3年。
被氟伤害的化学家还有比利时的鲁耶特、法国的尼克雷、费雷米、英国的哥尔等人,而且此后为它牺牲的人数还在不断增加。
亨利·莫瓦桑
直到100多年后,法国化学家莫瓦桑改良了戴维的电解法,同时还加入了冷冻剂,将实验温度一直控制在零下23摄氏度以下。
1886年6月26日这天,莫瓦桑终于制取出了氟单质。单质氟被提取出来了,化学家们的牺牲看似从此结束,但氟对人类和环境的伤害却没有停止。
1928年,美国化学家托马斯·米奇利合成了一种无毒氟化物——氟利昂。直到1974年,科学家们才意识到,应用氟利昂会对臭氧层造成严重破坏。
杜邦公司
20世纪90年代,杜邦公司在生产聚四氟乙烯的过程中使用了一种名叫全氟辛酸的氟化物,污染了当地的水源和土壤。截至2015年10月,共有3500多人对杜邦提起诉讼。最终,杜邦赔偿了约6亿美元,并于2013年宣布停止全氟辛酸的生产和使用,如今,世界上其它的一些公司也在逐步停止使用全氟辛酸。
“魔鬼”的另一面是“天使”
含氟的医药产品
细数氟元素,从研究到应用,总是伴随着牺牲和伤害,可氟元素真的对人百害而无一利吗?其实,现在人类对氟的认识已经更加全面了,氟也更科学地被广泛应用于农药、医药、材料、原子能、航空航天等各个领域,我们在利用氟改善生活的同时,也在努力让它与人类和环境更加和谐地相处。

