氟的發(fā)現(xiàn)和作用
化學(xué)先生 / 2019-05-27
發(fā)現(xiàn)
原來，人類很早就發(fā)現(xiàn)了氟的化合物，并且把它們應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。1529年，德國礦物學(xué)家阿格里拉發(fā)現(xiàn)了氟化鈣，并且把它用作治金助熔劑。
隨著氟化物的不斷發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們開始設(shè)法提取單質(zhì)的氟。最早給它命名的，是英國著名化學(xué)家戴維。1813年，他試圖從實(shí)驗中提取氟元素，沒料到立刻嚴(yán)重中毒，險些喪生，不得不放棄了實(shí)驗。
隨后，愛爾蘭和比利時的三位科學(xué)家在提取氟的實(shí)驗中，兩位中毒死去，一位喪失了工作能力。這些不幸的消息，迅速傳遍了國際化學(xué)界，人們感嘆道:“人類與氟無緣了!”誰也征服不了氟!”有人甚至這么斷言。
從此，氟的提取成為化學(xué)領(lǐng)域中的一個禁區(qū)。人們封給它“死亡元素”的綽號，大有“談氟色變”之勢。
沒想到，偏偏有人勇敢地闖進(jìn)了這塊禁區(qū)，成功地離析出氟，并因此榮獲諾貝爾化學(xué)獎。
這位無畏的科學(xué)勇士，就是法國著名的化學(xué)家莫瓦桑。當(dāng)人們聽說莫瓦桑居然想征服這個“死亡元素”時，有些人佩服他的勇氣和膽量，更多的人則勸他化學(xué)領(lǐng)域中可以研究的課題很多，你何必用自己的生命來冒險呢?
難道你不知道已經(jīng)有好些人為它而喪生了嗎?”莫瓦桑當(dāng)然珍惜自己的生命，但他更熱愛科學(xué)研究。他回答說:“我了這個代價曲得不到成功。但是，如果沒有愿意驗、也就水遠(yuǎn)不會有成功的希望。前所做的實(shí)驗失敗了，正好為我的研究提供借、至少可以讓我少走彎路。懷著獻(xiàn)身科學(xué)的執(zhí)者精神，莫瓦桑開始了減氟化物中提取出單質(zhì)氟的實(shí)驗。莫瓦桑想:要從氟的化合物中提取出氟元素，最好用電解的方法。不過，首先要確定用哪一種氟化合物來做實(shí)驗。
所謂電解法就是通過電力的作用，把化合物分解成各組成部分的辦滋。在研究前人實(shí)驗的過程中，莫瓦桑發(fā)現(xiàn)，他們曾經(jīng)選用過氫氟酸、氟化、無水氟化鈣、氟化鉀，等等，但是都失敗了。“也許，無水氟化氫可以試試看。”莫瓦桑做了這么一個實(shí)驗:在鉑制的曲頸瓶中蒸餾KHF1，結(jié)果制得了無水氟化氫。為了加強(qiáng)電解效果，莫瓦桑往無水氟化氫里加入氟化鉀，這樣它的導(dǎo)電性就大大加強(qiáng)了。接下來要考慮的，是電解器的電極要用什么材料。
莫瓦桑想到，以前的化學(xué)家曾經(jīng)用白金、螢石作電極，但都不成功。根據(jù)自己在實(shí)驗中的摸索，莫瓦桑選擇了鉑銥合金作電極。電解實(shí)驗開始了，莫瓦桑調(diào)著溫度。當(dāng)溫度降至-23℃時，他看到一種淡黃綠色的氣體漸漸出現(xiàn)，伴隨著一股臭味。這曾經(jīng)讓多少化學(xué)家望而卻步的“死亡元素”一一氟，終于被莫瓦桑制服了。從此氟就像一匹被套上繩的野馬，開始服服帖帖地為人類服務(wù)了。
作用
(1)制造含氟高分子材料，如聚四氟乙烯塑料、含氟質(zhì)子交換膜。
(2)含氟農(nóng)藥。由于有機(jī)分子中的氟原子和三氟甲基等有強(qiáng)的親酯性，故在農(nóng)藥分子中引入氟原子可以顯著降低其用量。
(3)氟碳相的應(yīng)用。利用氟碳相在高溫與有機(jī)相互溶、低溫下則不溶的性質(zhì)，可以用于萃取有機(jī)相中的含氟化合物。也可以由此特性使用親氟或含氟的催化劑，在反應(yīng)過程中使包含催化劑的氟碳相和有機(jī)相互溶，而反應(yīng)完成后則降溫，使大部分催化劑仍然留在氟碳相中，從而節(jié)約催化劑的用量。
(4)不少商家在牙膏中加入含氟化合物，可以有效防止蛀牙。氯氟碳化合物(氟氯代烷，俗稱氟利昂 Freon)或者溴氟碳化合物等，被用作滅火劑和空調(diào)制冷劑。需要指出的是，導(dǎo)致臭氧層分解的是氟利昂因光解產(chǎn)生氯自由基，而非氟原子。所以現(xiàn)在一些綠色冰箱制造商所打的“不含氟”口號容易造成“氟元素破壞臭氧層”的誤解。其中的“氟”應(yīng)為含氯的“氟利昂”。
(5)六氟化鈾(UF6)，使用氣體擴(kuò)散法分離同位素U-235和U-238。和Pu-239一樣，前者可以用于制造核彈。當(dāng)一定形狀的U-235超過臨界質(zhì)量后，中子可以引發(fā)其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而瞬間釋放巨大能量。后者U-238則只能用于增殖彈。氣體擴(kuò)散法利用六氟化鈾-235和六氟化鈾-238分子質(zhì)量的微小差異，通過擴(kuò)散來富集前者。由于擴(kuò)散速率和分子量的平方根成反比，所以這個方法需要龐大且耐腐蝕(六氟化鈾易水解釋放出有毒且腐蝕性的UO2F2和HF)的設(shè)備，因而代價高昂。第二次世界大戰(zhàn)時美國的“曼哈頓工程”就是通過這個方法濃縮到足夠制造核彈的U-235的。
(6)人造血液。一些全氟醚類化合物可以攜帶氧氣和部分人體需要的養(yǎng)料和排泄物等。在需要全身換血時以用它暫時代替病人體內(nèi)的血液;由于其揮發(fā)性，待幾天后可自行排出。因為全氟化合物很穩(wěn)定，一般很少有毒副作用。
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