9　氟

氟是第ⅦA族元素。氟（fluorine）的電負(fù)性和非金屬性在所有元素中是最強(qiáng)的。氟的單質(zhì)是一種淡黃色的腐蝕性氣體，幾乎能與所有的有機(jī)物和無機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。細(xì)金屬粉、玻璃制品、陶器、碳，甚至是水都可以在氟氣中燃燒，呈現(xiàn)出明亮的火焰。

直到第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，才實(shí)現(xiàn)了氟的工業(yè)化生產(chǎn)。制造原子彈的計(jì)劃和核能的應(yīng)用都必須使用大量的氟氣。鈾的同位素分離技術(shù)需要以UF6氣體的擴(kuò)散為基礎(chǔ)。

人們現(xiàn)已開發(fā)了相對(duì)安全的處理氟的技術(shù)，所以一個(gè)人就可以轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)以噸計(jì)的液氟。目前已知稀有氣體也有含氟化合物，如氙、氡和氪的氟化物。氟氣和大量聚集氟離子的毒性都很高。

9.1　發(fā)現(xiàn)史

在1670年，人們開始使用一個(gè)含有波希米亞（今捷克西部）綠寶石（現(xiàn)在已知該物為氟化鈣，CaF2）的方法來刻蝕玻璃。戈?duì)柾ㄟ^電解似乎得到了少量的氟氣，但是當(dāng)氟氣與從另外一個(gè)電極產(chǎn)生的氫氣發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候，他的設(shè)備爆炸了。在1886年，穆瓦桑終于分離出了氟的單質(zhì)，他使用的設(shè)備是用鉑制成的，他因此獲得了1906年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

9.2　用途

? 氟和它的化合物（如UF6）用于分離鈾的同位素。

? 氟化合物可用于商業(yè)，包括很多重要的高溫塑料。

? 氫氟酸廣泛應(yīng)用于刻蝕電燈泡玻璃等方面。

? 氟氯烴廣泛應(yīng)用于空調(diào)和冰箱的制冷劑。

? 含少量氟化物的水可預(yù)防齲齒。出于同樣原因，牙膏中也有同樣的成分。飲用水中的可溶性氟化物（2μg/kg）可使兒童的恒牙琺瑯出現(xiàn)斑點(diǎn)。

9.3　制備方法

氟氣可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并裝在儲(chǔ)氣罐中，所以通常無需在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備它。處理氟的單質(zhì)非常困難，可通過電解氟化鉀和氟化氫（1∶2）的熔融混合物制備氟氣。因?yàn)榉鷼馐蔷哂泻芨叻磻?yīng)活性的腐蝕性淡黃色氣體，所以這個(gè)過程很難進(jìn)行。電解液和產(chǎn)物都是具有腐蝕性的物質(zhì)。必須仔細(xì)清理油脂，因?yàn)檫@可能會(huì)引起火災(zāi)。氟氣會(huì)同大多數(shù)材料發(fā)生反應(yīng)，所以它難于存儲(chǔ)。鋼和蒙乃爾銅-鎳合金的表面可以形成氟化物薄層，不與氟氣發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，故而可以用來存儲(chǔ)氟氣。

9.4　生物作用和危險(xiǎn)性

在自然界中并不存在游離的氟氣，而總是以氟化物的形式出現(xiàn)。氟主要出現(xiàn)在氟石（或螢石、氟化鈣，CaF2）、冰晶石（Na3AlF6）和許多其他的礦物中。

氟是人類和一些軟體動(dòng)物的必需元素，如氟化物（F-）。含有低濃度氟離子的飲用水非常有益。氟離子可以替換Ca5（PO4）3OH的氫氧根，所以有一些地區(qū)會(huì)在飲用水中添加低濃度的氟離子，以減少細(xì)菌對(duì)牙齒上琺瑯層的侵害。盡管如此，因?yàn)橐恍┘みM(jìn)維權(quán)分子的抗議，在其他地區(qū)卻沒有這樣做，他們反對(duì)在水中添加任何物質(zhì)。

氟氣有極大的腐蝕性和毒性。氟的單質(zhì)有一種獨(dú)特的刺激性氣味，當(dāng)其濃度只有20μL/m3時(shí)，就可以探測(cè)到它的存在，這個(gè)濃度在安全的工作水平之下。人體暴露在低濃度的氟氣中，會(huì)使眼睛和肺部受到刺激。金屬氟化物的毒性很大。有機(jī)氟化物的毒性一般較低，而且通常是無害的。

9.5　化學(xué)性質(zhì)

（1）氟氣與空氣的反應(yīng)

氟氣（F2）并不會(huì)明顯與氧氣（O2）或氮?dú)猓∟2）發(fā)生反應(yīng)。氟氣可以與空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成氧氣。

2F2（g）+2H2O（g）O2（g）+4HF（g）

（2）氟氣與水的反應(yīng)

氟氣同水反應(yīng)，生成氧氣（O2）或臭氧（O3）。

2F2（g）+2H2O（l）O2（g）+4HF（aq）

3F2（g）+3H2O（l） O3（g）+6HF（aq）

（3）氟氣與鹵素單質(zhì)的反應(yīng)

氟氣（F2）同氯氣（Cl2）在225℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成鹵素間化合物ClF。這個(gè)反應(yīng)中也會(huì)生成三氟化物氟化氯（Ⅲ），但反應(yīng)不完全。

Cl2（g）+F2（g）2ClF（g）

Cl2（g）+3F2（g） 2ClF3（g）

在更加劇烈的條件下，過量的氟氣會(huì)與氯氣在350℃和225atm下反應(yīng)，生成鹵素間化合物ClF5。

Cl2（g）+5F2（g）2ClF5（g）

氟氣同溴蒸氣（Br2）之間的反應(yīng)可以形成鹵素間化合物BrF。它在室溫下會(huì)不成比例地分解為溴單質(zhì)和三氟化溴、五氟化溴，所以難于純化。

Br2（g）+F2（g）2BrF（g）　　

3BrF（g） Br2（l）+BrF3（l）

5BrF（g） 2Br2（l）+BrF5（l）

在更加劇烈的條件下，過量的氟氣會(huì)與溴單質(zhì)在150℃下反應(yīng)，生成鹵素間化合物BrF5。

Br2（l）+5F2（g）2BrF5（l）

在-45℃下的溶劑CCl3F中，氟氣和碘單質(zhì)反應(yīng)生成鹵素間化合物IF。它在室溫下會(huì)不成比例地分解為碘單質(zhì)（I2）和五氟化碘（IF5），所以難于純化。

I2（g）+F2（g）2IF（g）　　

5IF（g） 2I2（s）+IF5（l）

（4）氟與酸的反應(yīng)

在稀酸中，氟氣所發(fā)生的反應(yīng)主要是與水進(jìn)行的。這些反應(yīng)會(huì)生成氧氣（O2）和臭氧（O3）。

2F2（g）+2H2O（l）O2（g）+4HF（aq）

3F2（g）+3H2O（l） O3（g）+6HF（aq）

（5）氟與堿的反應(yīng)

氟氣同稀的氫氧化物水溶液反應(yīng)，生成氟化氧（Ⅱ）。

2F2（g）+2OH-（aq）OF2（g）+2F-（aq）+H2O（l）