9　氟

氟是第ⅦA族元素。氟（fluorine）的电负性和非金属性在所有元素中是最强的。氟的单质是一种淡黄色的腐蚀性气体，几乎能与所有的有机物和无机物发生反应。细金属粉、玻璃制品、陶器、碳，甚至是水都可以在氟气中燃烧，呈现出明亮的火焰。

直到第二次世界大战时，才实现了氟的工业化生产。制造原子弹的计划和核能的应用都必须使用大量的氟气。铀的同位素分离技术需要以UF6气体的扩散为基础。

人们现已开发了相对安全的处理氟的技术，所以一个人就可以转运数以吨计的液氟。目前已知稀有气体也有含氟化合物，如氙、氡和氪的氟化物。氟气和大量聚集氟离子的毒性都很高。

9.1　发现史

在1670年，人们开始使用一个含有波希米亚（今捷克西部）绿宝石（现在已知该物为氟化钙，CaF2）的方法来刻蚀玻璃。戈尔通过电解似乎得到了少量的氟气，但是当氟气与从另外一个电极产生的氢气发生反应的时候，他的设备爆炸了。在1886年，穆瓦桑终于分离出了氟的单质，他使用的设备是用铂制成的，他因此获得了1906年的诺贝尔化学奖。

9.2　用途

• 氟和它的化合物（如UF6）用于分离铀的同位素。

• 氟化合物可用于商业，包括很多重要的高温塑料。

• 氢氟酸广泛应用于刻蚀电灯泡玻璃等方面。

• 氟氯烃广泛应用于空调和冰箱的制冷剂。

• 含少量氟化物的水可预防龋齿。出于同样原因，牙膏中也有同样的成分。饮用水中的可溶性氟化物（2μg/kg）可使儿童的恒牙珐琅出现斑点。

9.3　制备方法

氟气可实现工业化生产，并装在储气罐中，所以通常无需在实验室内制备它。处理氟的单质非常困难，可通过电解氟化钾和氟化氢（1∶2）的熔融混合物制备氟气。因为氟气是具有很高反应活性的腐蚀性淡黄色气体，所以这个过程很难进行。电解液和产物都是具有腐蚀性的物质。必须仔细清理油脂，因为这可能会引起火灾。氟气会同大多数材料发生反应，所以它难于存储。钢和蒙乃尔铜-镍合金的表面可以形成氟化物薄层，不与氟气发生进一步的反应，故而可以用来存储氟气。

9.4　生物作用和危险性

在自然界中并不存在游离的氟气，而总是以氟化物的形式出现。氟主要出现在氟石（或萤石、氟化钙，CaF2）、冰晶石（Na3AlF6）和许多其他的矿物中。

氟是人类和一些软体动物的必需元素，如氟化物（F-）。含有低浓度氟离子的饮用水非常有益。氟离子可以替换Ca5（PO4）3OH的氢氧根，所以有一些地区会在饮用水中添加低浓度的氟离子，以减少细菌对牙齿上珐琅层的侵害。尽管如此，因为一些激进维权分子的抗议，在其他地区却没有这样做，他们反对在水中添加任何物质。

氟气有极大的腐蚀性和毒性。氟的单质有一种独特的刺激性气味，当其浓度只有20μL/m3时，就可以探测到它的存在，这个浓度在安全的工作水平之下。人体暴露在低浓度的氟气中，会使眼睛和肺部受到刺激。金属氟化物的毒性很大。有机氟化物的毒性一般较低，而且通常是无害的。

9.5　化学性质

（1）氟气与空气的反应

氟气（F2）并不会明显与氧气（O2）或氮气（N2）发生反应。氟气可以与空气中的水蒸气反应生成氧气。

2F2（g）+2H2O（g）O2（g）+4HF（g）

（2）氟气与水的反应

氟气同水反应，生成氧气（O2）或臭氧（O3）。

2F2（g）+2H2O（l）O2（g）+4HF（aq）

3F2（g）+3H2O（l） O3（g）+6HF（aq）

（3）氟气与卤素单质的反应

氟气（F2）同氯气（Cl2）在225℃时发生反应，生成卤素间化合物ClF。这个反应中也会生成三氟化物氟化氯（Ⅲ），但反应不完全。

Cl2（g）+F2（g）2ClF（g）

Cl2（g）+3F2（g） 2ClF3（g）

在更加剧烈的条件下，过量的氟气会与氯气在350℃和225atm下反应，生成卤素间化合物ClF5。

Cl2（g）+5F2（g）2ClF5（g）

氟气同溴蒸气（Br2）之间的反应可以形成卤素间化合物BrF。它在室温下会不成比例地分解为溴单质和三氟化溴、五氟化溴，所以难于纯化。

Br2（g）+F2（g）2BrF（g）　　

3BrF（g） Br2（l）+BrF3（l）

5BrF（g） 2Br2（l）+BrF5（l）

在更加剧烈的条件下，过量的氟气会与溴单质在150℃下反应，生成卤素间化合物BrF5。

Br2（l）+5F2（g）2BrF5（l）

在-45℃下的溶剂CCl3F中，氟气和碘单质反应生成卤素间化合物IF。它在室温下会不成比例地分解为碘单质（I2）和五氟化碘（IF5），所以难于纯化。

I2（g）+F2（g）2IF（g）　　

5IF（g） 2I2（s）+IF5（l）

（4）氟与酸的反应

在稀酸中，氟气所发生的反应主要是与水进行的。这些反应会生成氧气（O2）和臭氧（O3）。

2F2（g）+2H2O（l）O2（g）+4HF（aq）

3F2（g）+3H2O（l） O3（g）+6HF（aq）

（5）氟与碱的反应

氟气同稀的氢氧化物水溶液反应，生成氟化氧（Ⅱ）。

2F2（g）+2OH-（aq）OF2（g）+2F-（aq）+H2O（l）