氟是一種鹵族化學(xué)元素,它的化學(xué)符號是F,它的原子序數(shù)是9。
性狀
氟是一種極具腐蝕性的淡黃色雙原子氣體。氟是電負度最強的元素,也是很強的氧化劑。在常溫下,它幾乎能和所有的元素化合,并產(chǎn)生大量的熱能
在所有的元素中,要算氟最活潑了。
氟(F2)是淡黃色的氣體,有特殊難聞的臭味,劇毒。在-188℃以下,凝成黃色的液體。在-223℃變成黃色結(jié)晶體。在常溫下,氟幾乎能和所有的元素化合:大多數(shù)金屬都會被氟腐蝕,堿金屬在氟氣中會燃燒,甚至連黃金在受熱后,也能在氟氣中燃燒!許多非金屬,如硅、磷、硫等同樣也會在氟氣中燃燒。如果把氟通入水中,它會把水中的氫奪走氟化氫,放出原子氧(2F2+2H20=4HF+O2↑)。例外的只有鉑,在常溫下不會被氟腐蝕(高溫時仍被腐蝕),因此,在用電解法制造氟時,便用鉑作電極。
在原子能工業(yè)上,氟有著重要的用途:人們用氟從鈾礦中提取鈾235,因為鈾和氟的化合物很易揮發(fā),用分餾法可以把它和其它雜質(zhì)分開,得到十分純凈的鈾235。鈾235是制造原子彈的原料。在鈾的所有化合物中,只有氟化物具有很好的揮發(fā)性能。
氟最重要的化合物是氟化氫。氟化氫很易溶解于水,水溶液叫氫氟酸,,這正如氯化氫的水溶液叫氫氯酸(俗名叫鹽酸)一樣。氫氟酸都是裝在聚乙烯塑料瓶里的。如果裝在玻璃瓶里的話,過一會兒,整個玻璃瓶都會被它溶解掉——因為它能強烈地腐蝕玻璃(4HF+SiO2=SiF4↑+2H20)。人們便利用它的這一特性,先在玻璃上涂一層石蠟,再用刀子劃破蠟層刻成花紋,涂上氫氟酸。過了一會兒,洗去殘余的氫氟酸,刮掉蠟層,玻璃上便出現(xiàn)美麗的花紋。玻璃杯上的刻花、玻璃儀器上的刻度,都是用氫氟酸“刻”成的。由于氫氟酸會強烈腐蝕玻璃,所以在制造氫氟酸時不能使用玻璃的設(shè)備,而必須在鉛制設(shè)備中進行。
在工業(yè)上,氟化氫大量被用來制造聚四氟乙烯塑料。聚四氟乙烯號稱“塑料之王”,具有極好的耐腐蝕性能,即使是浸在王水中,也不會被侵蝕。它又耐250℃以上的高溫和-269.3℃以下的低溫。在原子能工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、超低溫研究和宇宙火箭等尖端科學(xué)技術(shù)中,有著重要的應(yīng)用。我國在1965年已試制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑,滴水不沾。人們用它來制造自來水筆的筆尖氟化氫,吸完墨水后,不必再用紙來擦凈墨水,因為它表面上一點墨水也不沾。氟化氫也被用來氟化一些有機化合物。著名的冷凍劑“氟利昂”,便是氟與碳、氯的化合物。在釀酒工業(yè)上,人們用氫氟酸殺死一些對發(fā)酵有害的細菌。
氫氟酸的鹽類,如氟化鍶、氟化鈉、氟化亞錫等,對乳酸桿菌有顯著的抑制能力,被用來制造防齲牙膏。常見的“氟化鍶”牙膏,便含有大約千分之一的氟化鍶。
在大自然中,氟的分布很廣,約占地殼總重量的萬分之二。最重要的氟礦是螢石——氟化鈣。螢石很漂亮,有玻璃般的光澤,正方塊狀,隨著所含的雜質(zhì)不同,有淡黃、淺綠、淡藍、紫、黑、紅等色。我國在古代便已知道螢石了,并用它制作裝飾品?,F(xiàn)在,螢石大量被用來制造氟化氫和氟。在煉鋁工業(yè)上,也消耗大量的螢石,因為用電解法制鋁時,加入冰晶石(較純的氟化鈣晶體)可降低氧化鋁的熔點。天然的冰晶石很少,要用螢石作原料來制造。除了螢石外,磷灰石中也含有3%的氟。土壤中約平均含氟萬分之二,海水中含氟約一千萬分之一。
在人體中,氟主要集中在骨骼和牙齒。特別是牙齒,含氟達萬分之二。牡蠣殼的含氟量約比海水含氟量高二十倍。植物體也含氟,尤其是蔥和豆類含氟最多。
氟的發(fā)現(xiàn)
在化學(xué)元素史上,參加人數(shù)最多、危險最大、工作最難的研究課題,莫過于氟元素的發(fā)現(xiàn)。氟元素的發(fā)現(xiàn)過程中,不少化學(xué)家損害了健康,甚至獻出了生命,可以說是一段極其悲壯的化學(xué)元素史.
1768年馬格拉夫研究螢石,發(fā)現(xiàn)它與石膏和重晶石不同,判斷它不是一種硫酸鹽,1771年化學(xué)家舍勒用曲頸瓶加熱螢石和硫酸的混合物,發(fā)現(xiàn)玻璃瓶內(nèi)壁被腐蝕.
1810年,法國物理學(xué)家安培根據(jù)氫氟酸的性質(zhì)的研究指出,其中可能含有一種與氯相似的元素.化學(xué)家戴維的研究,也得出同樣的結(jié)論.
1813年可燃氣體檢測儀,戴維用電解氟化物的方法制取單質(zhì)氟,用金和鉑做容器,都被腐蝕了。后來改用螢石做容器,腐蝕問題雖解決了,但卻得不到氟,而他則因患病而停止了實驗。
接著喬治·諾克斯和托馬斯·諾克斯兩兄弟先用干燥的氯氣處理干燥的氟化汞,然后把一片金箔放在玻璃接收瓶頂部,反應(yīng)產(chǎn)生了氟而未得到氟.在實驗中,兩兄弟都嚴重中毒.
繼諾克斯兄弟之后,魯耶特對氟作了長期的研究,最后因中毒太深而獻出了生命.法國的弗雷迷電解了無水的氟化鈣、氟化鉀和氟化銀,雖然陽極上產(chǎn)生了少量的氣體,但始終未能收集到。
英國化學(xué)家哥爾也用電解法分解氟化氫,但在實驗的時候發(fā)生爆炸,顯然產(chǎn)生的少量氟與氫發(fā)生了反應(yīng).他以碳、金、鈀、鉑做電極,在電解時碳被粉碎,金、鈀、鉑被腐蝕.
這么多化學(xué)家的努力,雖然都沒有制得單質(zhì)氟,但他們的經(jīng)驗和教訓(xùn)都是極為寶貴的,為后來制取單質(zhì)氟創(chuàng)造了有利條件。莫瓦桑在1886年第一次制得單質(zhì)氟.
氟的用途包括:
制造氫氟酸(HF)
制造塑膠
氟化鈉(NaF),是一種殺蟲劑
飲用水和牙膏里面有氟化物,幫助防止蛀牙
氟氣(化學(xué)式:F2)為淺黃色、劇毒、強腐蝕性氣體。具有強烈刺激性特征氣味。其沸點為-188.2℃
化學(xué)性質(zhì):氟氣是已知的最強的氧化劑。除具有最高價態(tài)的金屬氟化物和少數(shù)純的全氟有機化合物外,幾乎所有有機物和無機物均可以與氟反應(yīng)。即使是全氟有機化合物,如果被可燃物污染,也可以在氟氣氛中燃燒。
氫與氟的化合物異常劇烈,反應(yīng)生成氟化氫。一般情況下,氧與氟不反應(yīng)。盡管如此,還是存在兩種已知的氧氟化物,即OF2和O2F2。由鹵素自身形成的化合物有ClF、ClF3、BrF3、IF5。如上所述乙炔報警器,碳或大多數(shù)烴與過量氟的反應(yīng),將生成四氟化碳及少量四氟乙烯或六氟丙烷。通常,氮對氟而言是惰性的,可用作氣相反應(yīng)的稀釋氣。氟還可以從許多含鹵素的化合物中取代其它鹵素。大多數(shù)有機化合物與氟的反應(yīng)將會發(fā)生爆炸。
1.英文名
Fluorine.
2.用途
火箭燃料中的氧化劑氟化氫,分離鈾同位素,金屬的焊接和切割,電鍍,玻璃加工,鹵化氟的原料,氟化物、含氟塑料、氟橡膠等的制造,藥物,農(nóng)藥,殺鼠劑,冷凍劑,等離子蝕刻。
3.制法
(1)電解溶融KF?2HF混合物。
(2)從含氟礦石中制得。
4.理化性質(zhì)
分子量: 37.9968
熔點(101.325kPa): -219.62℃
沸點(101.325kPa): -188.1℃
液體密度(-188.1℃,S.P.): 1507kg/m3
氣體密度(25℃,101.325kPa): 1.554kg/m3
相對密度(氣體,空氣=1,25℃,101.325kPa):1.312
比容(21.1℃,101.325kPa):0.6367m3/kg
臨界溫度: -128.8℃
臨界壓力: 5215kPa
臨界密度: 574 kg/m3
熔化熱(-219.67℃,0.252kPa): 13.44 KJ/kg
氣化熱(-188.2℃,101.325kPa): 175.51 KJ/Kg
比熱容(氣體,21.1℃,101.325kPa):
Cp=827.67J/(Kg?K)
Cv=609.65J/(Kg?K)
比熱比(氣體,21.1℃,101.325kPa):Cp/Cv=1.358
蒸氣壓(53.56K): 0.223kPa
(77.17K): 37.383kPa
(89.40K): 162.638kPa
粘度(氣體,0℃,101.325kPa): 0.02180mPa?s
(液體,-192.2℃): 0.275mPa?S
表面張力(-193.2℃): 14.81mN/m
導(dǎo)熱系數(shù)(氣體,0℃,101.325kPa):0.024769W/(m?K)
(液體,-188.1℃):0.159W/(m?K)
折射率(氣體,25℃,101.325kPa): 1.000187
(液體,-188.1℃): 1.2
毒性級別: 4
易燃性級別: 0
易爆性級別: 3
火災(zāi)危險度: 極大
氟在常溫常壓下為具有刺激性臭的淡黃色有毒氣體。氟是在非金屬元素中最活潑的,反應(yīng)性極強,在自然界中沒有元素狀態(tài)的氟。它是助燃性氣體。在室溫下能與大多數(shù)可氧化物質(zhì)或有饑物強烈反應(yīng)而燃燒。它和甲烷在一起時能發(fā)生爆炸,與硝酸反應(yīng)生成具有爆炸性的氣體硝酸氟。氟遇水反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫、氟化氧、臭氧、過氧化氫、氧等。容易引起燃燒。可與液態(tài)氧或氮混合。
氟與一些物質(zhì)混合接觸時的危險性如下表。
混合接觸危險物質(zhì)名稱 化學(xué)式 危險等極 摘要
氯酸鈉 NaClO3 B
高氯酸鈉 NaClO4 B
過氧化氫 H2O2 B
過氧化鈉 Na2O2 A
硝酸銨 NH4NO3 B
硝酸鈉 NaNO3 B
高錳酸鉀 KMnO4 A
銅 CU A 在常溫下有著火的危險性
鉛 Pb A 有猛烈著火的危險性
硫 S A 在常溫下有著火的危險性
鎂 Mg A 根據(jù)條件有著火的可能性
鋅 Zn A 有發(fā)生反應(yīng)而著火的危險性
錳 Mn A 根據(jù)條件可能起火
硅 Si A 在常溫下有著火的危險性
鉀 K A 在常溫下有著火的危險性
鈉 Na A 在常溫下有著火的危險性
氧化鈣 CaO A 有發(fā)生激列放熱反應(yīng)的危險性
乙醛 CH3CHO A 有激烈反應(yīng)的危險性
二硫化碳 CS2 A 在常溫下有起火的危險性
二甲胺 (CH3)2NH A 有著火的危險性
正丁醇 C4H9OH A
甲醇 CH3OH A
吡啶 C5H5N A 有著火的危險性
二甲胺基甲醛 (CH3)2NCHO A
硝酸 HNO3 C
硫酸 H2SO4 A
三氧化鉻 CrO3 A
亞氯酸鈉 NaClO2 B
溴酸鈉 NaBrO3 B
重鉻酸鉀 K2Cr2O7 A
鋰 Li A 根據(jù)條件可能著火
鈣 Ca A 有猛烈起火的可能性
二硅化鈣 CaSi2 A 有著火的危險性
蒽 C14H10 A 根據(jù)條件可能起火、爆炸
三氯甲烷 CHCl3 A 有激烈爆炸反應(yīng)的危險性
四氯化碳 CCl4 B 有激烈爆炸反應(yīng)的危險性
銣 Rb A 根據(jù)條件可能起火
銫 Cs A 根據(jù)條件可能起火
疊氮化氫 HN3 A 有爆炸的危險性
砷 As A 在常溫下有激烈反應(yīng)的危險性
醋酸鈉 CH3COONa A 有爆炸的危險性
氯化氫 HCl A 低溫有激烈反應(yīng)的危險性
五氯化磷 PCl5 有發(fā)生熾熱反應(yīng)、起火的危險性
三氯化磷 PCl3 有發(fā)生熾熱反應(yīng)、起火的危險性
氟化氫 HF 根據(jù)條件可能爆炸
碘化氫 HI B 低溫有激烈反應(yīng)的危險性
碘 I2 A 常溫下有起火的危險性
鉬 Mo A 根據(jù)條件可能起火
鈾 U A 根據(jù)條件可能起火
硅酸鈉 Na2SiO3 有著火的危險性
溴 Br2 B
三硫化二銻 Sb2S3 A 在常溫下反應(yīng).有起火的危險性
氨 NH3 A
氯 Cl2 B 有起火、爆炸的危險性
一氧化氮 NO B 有立即反應(yīng)而起火的危險性
三氟化磷 PF3 有起火的危險性
四氧化二氮 N2O4 C 有起火的危險性
氫 H2 A 有激烈爆炸的危險性
一氧化碳 CO A 有爆炸反應(yīng)的危險性
乙炔 CH≡CH A 有激烈反應(yīng)的危險性
溴化氫 HBr B 低溫下有激烈反應(yīng)的危險性
三氧化硫 SO2 A 根據(jù)條件可能爆炸
硫化氫 H2S A 在常溫下有起火的危險性
苯胺 C6H5NH2 有著火的危險性
5.毒性
人吸入TCLo:25ppm?5分鐘,對眼有刺激性。
最高容許濃度:0.1ppm(0.2mg/m3)
氟是劇毒性氣體,能刺激眼、皮膚、呼吸道粘膜。由于它立即與水反應(yīng)生成氟化氫,所以在大多數(shù)情況下顯出與氟化氫同樣的毒性。
當(dāng)氟濃度為5~10ppm時,對眼、鼻、咽喉等粘膜開始有刺激作用,作用時間長時也可引起肺水腫。與皮膚接觸可引起毛發(fā)的燃燒,接觸部位凝固性壞死、上皮組織碳化等。慢性接觸可引起骨硬化癥和韌帶鈣化。吸入氟的患者應(yīng)立即轉(zhuǎn)移至無污染的安全地方安置休息,并保持溫暖舒適。眼睛或皮膚受刺激時迅速用水沖洗之后就醫(yī)診治。
6.安全防護
工作場所要通風(fēng)保持空氣新鮮干燥。要用特種鋼瓶貯裝。鋼瓶存放時必須與其它物料隔離,特別是與能和氟反應(yīng)的物料隔絕,要遠離易起火地點。
著火時消防人員須在防爆掩蔽處操作,切不可將水直接噴射漏氣處,否則會助長火勢。滅火可用二氧化碳、干粉、砂土、廢氣可用水吸收。
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