馴服“惡魔”氟元素

李啟翔

大隱隱于“石”

螢石，是一種含氟的礦石。在古埃及時期，人們就廣泛地使用螢石來制作塑像。古羅馬時期，人們用螢石來制作花瓶和酒杯，他們相信螢石酒杯能使人千杯不醉。

由于在金屬冶煉過程中，螢石常被用于降低礦石熔點，因此螢石和氟元素的名稱中都含有拉丁語中表示流動的詞根“fluo”。氟元素的英文名稱是Fluorine，化學符號是F，在元素周期表中排名第九。氟在自然界中總是和各種各樣的物質結合，穩定的氟單質幾乎是不存在的。

從1768年德國化學家馬格拉夫發現氫氟酸開始，一直到1886年法國化學家莫瓦桑制得氟單質，整整118年中，諸多化學家為了提取出氟氣損害了健康，甚至獻出生命，可謂是化學史上極其悲壯的一頁。氟元素也得到了“死亡元素”這一令人生畏的稱號。

“惡魔”現形記——勇士的接力

1771年，著名的瑞典化學家舍勒用曲頸瓶加熱螢石和硫酸的混合物，發現加熱產生的物質對玻璃瓶有很強的腐蝕作用。他認為這應該是一種酸性物質，于是將它取名為“螢石酸”，其實就是氫氟酸。舍勒有著化學界的“神農”的稱謂，我們有理由相信以他的作風，一定聞過甚至品嘗過這種物質，并對健康造成了很大影響——舍勒44歲就離開了人世。

1810年，法國化學家安培探究了螢石酸的性質，認為這是一種和鹽酸（氯化氫）類似的酸，因此里頭可能含有一種和氯相似的元素。安培沒有對螢石酸多做糾纏，幸運地活到了60多歲。

1813年，英國化學家戴維嘗試用電解的方法制取氟單質，但總是無法成功，連鉑金容器也會被腐蝕。有一次實驗裝置泄露，大量氟化物氣體溢出，使戴維的眼睛受傷，肺部也受到了損害，他不得不放棄氟的研究，最終活到50歲。他的徒弟，著名化學家法拉第也對提取氟束手無策。

1836年，蘇格蘭化學家諾克斯兄弟制取氟單質的實驗幾乎就要成功——氟氣產生了，但又立刻與遮蓋玻璃瓶的金箔發生了反應。不幸的是在實驗中兩兄弟都身中劇毒，一死一傷。此外，比利時化學家魯耶特和法國化學家尼克雷因長期研究氟化物而中毒太深，獻出了生命。

1886年，法國化學家莫瓦?？偨Y了前人許多寶貴的經驗與教訓，終于成功運用電解法分離出了氟氣。歷經一百多年前赴后繼的奮戰，化學界對“死亡元素”的恐懼結束了。1906年，莫瓦桑獲得諾貝爾化學獎，評委會評價他：“全世界對您所研究的，用于馴服最兇猛的元素的偉大實驗技術表示尊敬?！钡呱Ｒ驗殚L期接觸含氟的劇毒氣體，獲獎第二年就與世長辭，年僅55歲。他曾感嘆氟至少奪走了自己十年的生命。

為了找電子，成為自來熟

氟單質如此難以提取，與它極其活潑的性質脫不開關系。要將氟與金屬元素分開，需要特別強硬的手段——電解，這也是科學家一路走來困難重重的原因。

氟的活潑，與它的結構不無關系。氟元素原子核外共有9個電子，分為兩層，其中內層有2個電子，外層有7個電子。通常，最外層有8個電子是原子最穩定的狀態，氟原子特別想得到一個電子達成穩定狀態，因此它特別容易與其他物質發生化學反應。

這一系列原子最外層只有7個電子，使得性質相對比較活潑的元素，被稱為鹵族元素，簡稱鹵素，包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At）、（Ts）。

在鹵素中，氟元素是電子層數最少的一個，也使其成為此類元素中性質最活潑的一個。

酸性不強，毒性不小

氟究竟有多可怕？就算是濃度極低的氟氣，也會對眼睛與呼吸道產生強烈刺激，對肝臟和腎臟造成損傷。

氟的化合物氟化氫氣體毒性更大，一旦進入呼吸道、消化道，氟化氫就會與血液中的鈣和鎂發生反應，產生不溶或微溶的氟化鈣和氟化鎂，造成血管堵塞。

而弱酸性的氫氟酸則特別狡猾，一滴低濃度的氫氟酸不小心濺落在皮膚上，或許不會有什么感覺，但氟的滲透性特別強，如果不及時處理，它會逐漸穿透角質層，滲入深部組織，慢慢溶解細胞膜，讓皮膚接觸的地方難以愈合。更嚴重的是，氟還會搶走骨頭里的鈣質，使骨骼變成氟化鈣，造成劇烈的疼痛。

馴服“惡魔”，為我所用

既然氟這么可怕，那人類可得離它遠遠的。不過，或許你曾被父母帶去牙科醫生那里為牙齒“涂氟”？仔細觀察家里的牙膏，在配料表里是不是能找到氟的身影？這又是為什么呢？

別看氟元素，特別是氟氣和氫氟酸對人體傷害極大，其實氟元素也是人體必需的一種營養素。人體內的氟元素大部分存在于鈣化組織中，如骨骼、牙齒、指甲等。氟元素被牙釉質吸附后，能在牙齒表面形成一層溶解度更低、硬度更大的保護層。這一保護層具有抗酸性、抗腐蝕性的作用，并能抑制嗜酸細菌的生長和抵抗某些酶對牙齒的損害，從而防止齲齒的發生。

你有煎過雞蛋嗎？如果鍋里不放油，將雞蛋打進鍋里卻不會粘連鍋底，你家的炒鍋一定是不粘鍋。這種鍋用到了另一種含氟物質——特氟隆。這種材料不但能抵抗化學侵蝕，還非常光滑，因此被用于制作不粘鍋的涂層。

還有一種氟化物被稱為“塑料王”。這是一種高分子材料，具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、密封性、不粘性、電絕緣性和抗老化能力，可以說十項全能，常被加入各類工業管道、容器中，提升耐用性。

氟化物中，也有一個身影漸漸離開了大家的視野——氟利昂。氟利昂曾經一度被作為空調和冰箱的制冷劑，但由于它會導致臭氧層空洞，現在已經漸漸被新型制冷劑所取代。