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氟是一种卤族化学元素,它的化学符号是F,它的原子序数是9。氟化物是以氟离子的形式,广泛分布于自然界。氟是一种反应性能极高的元素,被称为是“化学界顽童”。但氟一旦与其它元素结合,就会成为耐热、难以被药品和溶剂侵蚀的具有“高度安全性能”的化合物,氟树脂等高分子化合物具有防粘、防水、防油、润滑、弯曲率低、电气性能好等优异性能。氟元素被广泛应用于家庭用品、办公自动化设备、半导体、汽车等领域。氟原子非常小,仅次于氢原子。

氟是一种卤族化学元素。它的化学符号是F,它的原子序数是9,分子式F2。由于原子小而挤下了14个互相排斥的电子,所以它是单质非金属元素中活性最强的。是强氧化剂、氟化剂,有极强的腐蚀性,剧毒。是卤族中腐蚀性和毒性最强的。但其化合物稳定且用处广泛,如耐腐蚀的“塑料之王”聚四氟乙烯。其化合物常用在牙膏中防蛀。

元素名称:氟

拼音:fú

英文名:fluorine

元素符号:F

元素相对原子质量:18.9984032 

元素类型:非金属

CAS号 7782-41-4

EINECS号 231-954-8

原子体积:(立方厘米/摩尔)12.6

密度:(千克/立方米):1516(85K,液态),1.696(273.15K,气态)

元素在太阳中的含量:(ppm) 0.5

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.0001

地壳中含量:(ppm)950

质子数:9

中子数:10

原子序数:9

所属周期:2

所属族数:ⅦA

氧化态:Main F-1

核电荷数:9

电负性:4(鲍林标度)

电子层分布:2-7

电子层:K-L

外围电子层排布:2s2p5

早期的化学家意识到金属氟化物包含类似氯的未知元素,但他们没办法提取出来。(法国科学家,André Ampère创造了名字fluorine(氟)在1812年。)即使伟大的Humphry Davy(汉弗莱戴维)也没能制取出这个元素,而且他因为试图从氢氟酸中提取它而生病。

英国化学家George Gore在1869年让电流通过液态HF,但发现释放出的气体会与他的仪器剧烈反应。他认为那就是氟,但没能收集并证明它。之后在1886年法国化学家Henri Moissan通过电解溶解在液态HF中的氟氢化钾(KHF2)获取了它。

氟是一种具有极强腐蚀性的淡黄色双原子气体[1]。是自然界电负性最强的元素(3.98鲍林标度),也是最强的单质氧化剂。在常温下,能同绝大多数元素单质发生化合反应,并剧烈放热。和氢气即使在-250摄氏度的黑暗中混合也能发生爆炸,故液氟和液氢也用作高能火箭的液体燃料。由于氟的电负性是所有元素中最强的(鲍林标度),因此在所有的化合物中,氟都显-1氧化态,一化合价。在少量氟气通过冰面时反应生成不稳定的氟氧酸(HOF),其中的F仍为-1氧化态氧为0价,氢为+1还原态。

由于氟的高度活性,稀有气体的化合物也是最早从氟或含氟化合物开始制备的。最早得到的是六氟合铂酸氙(XePtF6),此后还得到XeF2、XeF6、XeO3以及氪的氟化物等。此外,氟单质也用于获得一些高价的过渡金属化合物,比如Cs2CuF6、AuF5、UF6等。

氟及其一些化合物都有毒和较强的腐蚀性。氢氟酸可以腐蚀玻璃。而氟离子在人体组织内有渗透性。氢氟酸接触皮肤如不及时处理可以腐烂至骨而造成永久性的损伤,而氟离子可以和钙离子结合而使人发生中毒。而且氢氟酸的灼伤不易被发觉,一般是麻痹1-2小时后才有疼痛感。一旦接触氢氟酸,应该立即用大量水冲洗,并涂上20%氧化镁的甘油悬浮液。而FSO3H、SbF5等化合物具有远强于硫酸等一般强酸的酸性,特定比例的混合物甚至可以分解石蜡。参见超强酸。

一般单质氟气以特制铜镍合金钢瓶贮存。在有机化学中使用氟气可以直接氟化羰基、羟基等官能团,其中使用的是掺有5%或10%氟的干燥氮气。

制造含氟高分子材料(如聚四氟乙烯塑料、含氟质子交换膜如杜邦公司Nafion膜等)。含氟农药。由于有机分子中的氟原子和三氟甲基等有强的亲酯性,故在农药分子中引入氟原子可以显著降低其用量。氟碳相的应用。利用氟碳相在高温与有机相互溶、低温下则不互溶的性质,可以用于萃取有机相中的含氟化合物。也可以由此特性使用亲氟或含氟的催化剂,在反应过程中使包含催化剂的氟碳相和有机相互溶,而反应完成后则降温,使大部分催化剂仍然留在氟碳相中,从而节约催化剂的用量。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)(俗称氟里昂Freon)或者溴氟碳化合物等。被用作灭火剂和空调制冷剂。需要指出的是,导致臭氧层分解的是氟里昂因光解产生的氯自由基,而非氟原子。所以现在一些绿色冰箱制造商所打的“不含氟”口号容易造成“氟元素破坏臭氧层”的误解。其中的“氟”应为含氯的“氟里昂”。六氟化铀(UF6),用于使用气体扩散法分离同位素U-235和U-238。和Pu-239一样,前者可以用于制造核弹。当一定形状的U-235超过临界质量后,中子可以引发其链式反应而瞬间释放巨大能量。后者U-238则只能用于增殖弹。气体扩散法利用六氟化铀-235和六氟化铀-238分子质量的微小差异,通过扩散来富集前者。由于扩散速率和分子量的平方根成反比,所以这个方法需要庞大且耐腐蚀(六氟化铀易水解,并释放出有毒且腐蚀性的UO2F2和HF)的设备,因而代价高昂。二战时美国的“曼哈顿工程”就是通过这个方法浓缩到足够制造核弹的U-235的。人造血液。一些全氟醚类化合物可以携带氧气和部分人体需要的养料和排泄物等。在需要全身换血时,可以用它暂时代替病人体内的血液;由于其挥发性,待几天后可自行排出。因为全氟化合物很稳定,一般很少有毒副作用。

制造含氟高分子材料(如聚四氟乙烯塑料、含氟质子交换膜如杜邦公司Nafion膜等)。

含氟农药。由于有机分子中的氟原子和三氟甲基等有强的亲酯性,故在农药分子中引入氟原子可以显著降低其用量。

氟碳相的应用。利用氟碳相在高温与有机相互溶、低温下则不互溶的性质,可以用于萃取有机相中的含氟化合物。也可以由此特性使用亲氟或含氟的催化剂,在反应过程中使包含催化剂的氟碳相和有机相互溶,而反应完成后则降温,使大部分催化剂仍然留在氟碳相中,从而节约催化剂的用量。

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)(俗称氟里昂Freon)或者溴氟碳化合物等。被用作灭火剂和空调制冷剂。需要指出的是,导致臭氧层分解的是氟里昂因光解产生的氯自由基,而非氟原子。所以现在一些绿色冰箱制造商所打的“不含氟”口号容易造成“氟元素破坏臭氧层”的误解。其中的“氟”应为含氯的“氟里昂”。

六氟化铀(UF6),用于使用气体扩散法分离同位素U-235和U-238。和Pu-239一样,前者可以用于制造核弹。当一定形状的U-235超过临界质量后,中子可以引发其链式反应而瞬间释放巨大能量。后者U-238则只能用于增殖弹。气体扩散法利用六氟化铀-235和六氟化铀-238分子质量的微小差异,通过扩散来富集前者。由于扩散速率和分子量的平方根成反比,所以这个方法需要庞大且耐腐蚀(六氟化铀易水解释放出有毒且腐蚀性的UO2F2和HF)的设备,因而代价高昂。二战时美国的“曼哈顿工程”就是通过这个方法浓缩到足够制造核弹的U-235的。

人造血液。一些全氟醚类化合物可以携带氧气和部分人体需要的养料和排泄物等。在需要全身换血时,可以用它暂时代替病人体内的血液;由于其挥发性,待几天后可自行排出。因为全氟化合物很稳定,一般很少有毒副作用。

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