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亦正亦邪的氟元素

2020-7-28 7:36:03 来源:中国矿业报 作者:赵九江

深夜,在斯里兰卡的热带丛林里,一丝幽蓝的光线穿透无际的黑幕,时隐时现。这漆黑深夜里地这一丝光亮,吸引了夜行的小动物们,义无反顾地奔向了光亮的源头。在那里,一块鸡蛋大小的石头散发出微弱而持久的蓝光,几条大蛇在石头周围爬动,身体不时地挡住石头发的光。这块发光的石头成功的作为诱饵,吸引了小动物们,而这些蛇正在静候猎物的到来。

上面这一段就是小学课本中《蛇宝石》这一课描述的场景,那块发光的石头就是传说中的蛇宝石。那么它到底是什么呢?其实它名字叫萤石,主要成分是氟化钙,因为掺杂了稀土或其他微量元素,所以在夜间发光。本文要介绍的主角,氟元素正是首先从萤石中提取出来的。

萤石

1774年,瑞典化学家舍勒用硫酸与萤石的反应,产生了氟化氢气体,溶于水后就是氢氟酸。而后法国化学家盖·吕萨克等继续进行提纯氢氟酸的研究,但是纯的氢氟酸很长时间都不能分离出来,其中一个重要原因就是氢氟酸与玻璃容器可以产生反应。科学家经过改进,采用铅容器之后,才提取出纯的氢氟酸。而对于氟元素的制备,则又要花费将近半个世纪的时间,众多科学家最终都因条件不够或无法分离而失败,剧毒的氟元素还让他们的身体受到严重地损害。直到1886年,莫瓦桑在液态氟化氢中加入氟氢化钾进行电解,并用氯乙烷作冷凝剂, 将电解槽温度降至-23℃,终于把氟元素成功分离了出来。

氟是一种淡黄色的气体,有特殊难闻的臭味,有剧毒。氟元素之所以这么难以分离,是因为它超强的氧化性。在常温下,氟几乎能和所有的元素化合,许多金属会在氟中剧烈反应并燃烧,这些金属不仅包括活泼的碱金属,还有一般情况下非常稳定的黄金。而非金属元素硅、磷、硫等同样也会在氟气中燃烧。氟与水反应,会把水中的氢夺走,生成氧气。即使是所谓的惰性气体,也难逃氟的魔掌,生成惰性气体氟化物。所以,单质氟很难在环境中稳定存在,一出现就会发生反应形成氟化物。只有铂在常温下不会被氟腐蚀,因此,在电解氟化物的时候,会使用铂作电极

氟和大部分氟化物都具有剧毒,其中氢氟酸中毒是最常见的。当皮肤接触氢氟酸时,开始不感觉疼痛,但是皮肤会受到损伤,逐渐让人感到伴刺痛和烧灼感,如果不及时处理,氢氟酸腐蚀可深达骨骼。长期接触低浓度的氟和氟化物,可产生慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎及牙齿酸蚀等症状。因为氟极容易与钙元素结合,因此过量的氟进入人体后,主要沉积在富含钙质的牙齿和骨骼上,形成氟斑牙和氟骨症。早期探索氟元素的科学家,很多都遭受了氟元素的侵袭。分离提纯氟元素的莫瓦桑1906年获诺贝尔化学奖,但是他因长期接触含氟的剧毒气体, 健康状况恶化,于1907年与世长辞,年仅54岁。

虽然氟有剧毒,但是它依然是人体所需要的微量元素,低剂量的氟是人体所必须的,正常人体每日需氟量为0.5毫克~1.5毫克。涂氟(氟化钠制剂)是目前口腔科常用的一种预防龋病的有效手段。涂氟以后,氟离子会和无机盐(钙盐)结晶形成一个更稳定的结构,不容易被酸性的物质侵蚀,可以预防龋病。

牙齿涂氟

在众多的氟化物中,萤石是氟化钙最常见的一种,它长期以来被用来提取氟元素。氟化钙中的钙元素可以被稀土元素等替代,形成晶格缺陷,从而在萤石晶体中形成附加能级和电子陷阱,电子可以很容易地跃迁到激发态,根据退激发的不同方式,可以发射出短寿命的荧光和长寿命的磷光。白天,萤石吸收自然光线的能量,夜间就可以自发发光,因此它也被称为夜明珠。

其他的氟化物也在日常生活中起到了重要的作用:比如作为制冷剂的氟利昂,用做人造血液的氟代烃,还有各种各样的特氟龙塑料制品。只要合理利用,注意防护,亦正亦邪的氟元素就会为人类的生产生活提供更多的贡献。□

(作者单位:国家地质实验测试中心 )

网站编辑:宫莉

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