驯服“恶魔”氟元素

李启翔

大隐隐于“石”

萤石，是一种含氟的矿石。在古埃及时期，人们就广泛地使用萤石来制作塑像。古罗马时期，人们用萤石来制作花瓶和酒杯，他们相信萤石酒杯能使人千杯不醉。

由于在金属冶炼过程中，萤石常被用于降低矿石熔点，因此萤石和氟元素的名称中都含有拉丁语中表示流动的词根“fluo”。氟元素的英文名称是Fluorine，化学符号是F，在元素周期表中排名第九。氟在自然界中总是和各种各样的物质结合，稳定的氟单质几乎是不存在的。

从1768年德国化学家马格拉夫发现氢氟酸开始，一直到1886年法国化学家莫瓦桑制得氟单质，整整118年中，诸多化学家为了提取出氟气损害了健康，甚至献出生命，可谓是化学史上极其悲壮的一页。氟元素也得到了“死亡元素”这一令人生畏的称号。

“恶魔”现形记——勇士的接力

1771年，著名的瑞典化学家舍勒用曲颈瓶加热萤石和硫酸的混合物，发现加热产生的物质对玻璃瓶有很强的腐蚀作用。他认为这应该是一种酸性物质，于是将它取名为“萤石酸”，其实就是氢氟酸。舍勒有着化学界的“神农”的称谓，我们有理由相信以他的作风，一定闻过甚至品尝过这种物质，并对健康造成了很大影响——舍勒44岁就离开了人世。

1810年，法国化学家安培探究了萤石酸的性质，认为这是一种和盐酸（氯化氢）类似的酸，因此里头可能含有一种和氯相似的元素。安培没有对萤石酸多做纠缠，幸运地活到了60多岁。

1813年，英国化学家戴维尝试用电解的方法制取氟单质，但总是无法成功，连铂金容器也会被腐蚀。有一次实验装置泄露，大量氟化物气体溢出，使戴维的眼睛受伤，肺部也受到了损害，他不得不放弃氟的研究，最终活到50岁。他的徒弟，著名化学家法拉第也对提取氟束手无策。

1836年，苏格兰化学家诺克斯兄弟制取氟单质的实验几乎就要成功——氟气产生了，但又立刻与遮盖玻璃瓶的金箔发生了反应。不幸的是在实验中两兄弟都身中剧毒，一死一伤。此外，比利时化学家鲁耶特和法国化学家尼克雷因长期研究氟化物而中毒太深，献出了生命。

1886年，法国化学家莫瓦桑总结了前人许多宝贵的经验与教训，终于成功运用电解法分离出了氟气。历经一百多年前赴后继的奋战，化学界对“死亡元素”的恐惧结束了。1906年，莫瓦桑获得诺贝尔化学奖，评委会评价他：“全世界对您所研究的，用于驯服最凶猛的元素的伟大实验技术表示尊敬。”但莫瓦桑因为长期接触含氟的剧毒气体，获奖第二年就与世长辞，年仅55岁。他曾感叹氟至少夺走了自己十年的生命。

为了找电子，成为自来熟

氟单质如此难以提取，与它极其活泼的性质脱不开关系。要将氟与金属元素分开，需要特别强硬的手段——电解，这也是科学家一路走来困难重重的原因。

氟的活泼，与它的结构不无关系。氟元素原子核外共有9个电子，分为两层，其中内层有2个电子，外层有7个电子。通常，最外层有8个电子是原子最稳定的状态，氟原子特别想得到一个电子达成稳定状态，因此它特别容易与其他物质发生化学反应。

这一系列原子最外层只有7个电子，使得性质相对比较活泼的元素，被称为卤族元素，简称卤素，包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At）、（Ts）。

在鹵素中，氟元素是电子层数最少的一个，也使其成为此类元素中性质最活泼的一个。

酸性不强，毒性不小

氟究竟有多可怕？就算是浓度极低的氟气，也会对眼睛与呼吸道产生强烈刺激，对肝脏和肾脏造成损伤。

氟的化合物氟化氢气体毒性更大，一旦进入呼吸道、消化道，氟化氢就会与血液中的钙和镁发生反应，产生不溶或微溶的氟化钙和氟化镁，造成血管堵塞。

而弱酸性的氢氟酸则特别狡猾，一滴低浓度的氢氟酸不小心溅落在皮肤上，或许不会有什么感觉，但氟的渗透性特别强，如果不及时处理，它会逐渐穿透角质层，渗入深部组织，慢慢溶解细胞膜，让皮肤接触的地方难以愈合。更严重的是，氟还会抢走骨头里的钙质，使骨骼变成氟化钙，造成剧烈的疼痛。

驯服“恶魔”，为我所用

既然氟这么可怕，那人类可得离它远远的。不过，或许你曾被父母带去牙科医生那里为牙齿“涂氟”？仔细观察家里的牙膏，在配料表里是不是能找到氟的身影？这又是为什么呢？

别看氟元素，特别是氟气和氢氟酸对人体伤害极大，其实氟元素也是人体必需的一种营养素。人体内的氟元素大部分存在于钙化组织中，如骨骼、牙齿、指甲等。氟元素被牙釉质吸附后，能在牙齿表面形成一层溶解度更低、硬度更大的保护层。这一保护层具有抗酸性、抗腐蚀性的作用，并能抑制嗜酸细菌的生长和抵抗某些酶对牙齿的损害，从而防止龋齿的发生。

你有煎过鸡蛋吗？如果锅里不放油，将鸡蛋打进锅里却不会粘连锅底，你家的炒锅一定是不粘锅。这种锅用到了另一种含氟物质——特氟隆。这种材料不但能抵抗化学侵蚀，还非常光滑，因此被用于制作不粘锅的涂层。

还有一种氟化物被称为“塑料王”。这是一种高分子材料，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、不粘性、电绝缘性和抗老化能力，可以说十项全能，常被加入各类工业管道、容器中，提升耐用性。

氟化物中，也有一个身影渐渐离开了大家的视野——氟利昂。氟利昂曾经一度被作为空调和冰箱的制冷剂，但由于它会导致臭氧层空洞，现在已经渐渐被新型制冷剂所取代。