对于人类而言,化学元素中,有一个既可恨又可爱的家伙。
它极为活泼而顽皮,脾气暴躁而好斗,一般的容器根本禁锢不了它,化学武器神经毒气,也是它在作祟。
一经摸准它的品性,人类便成就了一个辉煌灿烂而又方兴未艾的化工产业。
它是谁?它就是被誉为“化工超人”的氟。
氟是卤族中第一个元素,也是发现得最晚的元素,在化学元素发现史上,持续时间最长、参加人数最多、危险性最大、工作最难的研究课题,莫过于氟单质的制取了。自1810年安培指出氢氟酸中含有一种新元素——氟,到1886年法国化学家莫瓦桑制得单质氟,历时76年之久。
(莫瓦桑,图片来源:百度百科)
为了制取氟气,研究氟的性质,许多化学家前仆后继,为后人留下了一段极其悲壮的历史。他们不惜损害自己的身体健康,甚至被氟气氟化物夺去了宝贵的生命。
氟的性质物理性质:
氟气是一种淡黄色气体,氟的化合价为-1价,氟的电负性最高,为4.0,电离能为17.422eV,原子半径小,熔点为-219.6℃,沸点为-188.1℃,密度为1.696g/L(0℃),原子序数9,原子量18.9984032,元素名来源于其主要矿物萤石的英文名,是最活泼的非金属元素。氟有18种同位素,但仅有氟-19是稳定的,存在于自然界。氟在地壳中的含量为0.072%,重要的矿物有萤石、氟磷酸钙等。由于氟非常活泼,所以自然界中不存在游离状态的氟。
化学性质:
氢与氟的化合物异常剧烈,反应生成氟化氢。一般情况下,氧与氟不反应,尽管如此,还是存在两种已知的氧氟化物,即二氟化氧和二氟化二氧。由卤素自身形成的化合物有一氟化氯、三氟化氯、三氟化溴、五氟化碘。氟还可以从许多含卤素的化合物中取代其它卤素。大多数有机化合物与氟的反应将会发生爆炸。
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。而氟磺酸、五氟化锑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。
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。
链烷基上的氢可以完全或部分被氟取代,完全被氟取代的化合物通常称为“全氟代物”。与碳氢化合物不同,由于氟原子半径略大于氢原子,所以全氟碳链上的氟原子排列略呈螺旋状,这一类化合物具有与众不同的惰性。
一般全氟高分子非常稳定,耐热耐寒、抗腐蚀性强,如聚四氟乙烯(Teflon),可以耐高达260℃的温度,不沾水和一般有机溶剂,只有氟单质、三氟化氯、五氟化氯和熔融碱金属等可以在高温下腐蚀聚四氟乙烯。QSAR的计算表明,有机分子中,如果氟原子的质量比重超过60%,就可以呈现出“全氟”的特性。
长链的简单全氟代有机物一般从长的直链单羧酸出发制备,通过电解它们和氟氢化钾的混合物,使链上的氢原子全部被氟原子取代(如:全氟辛酸)再进一步合成其他化合物。
氟的用途氟化工产品,包括含氟电子化学品、含氟处理剂、含氟添加剂、含氟医药、含氟农药、含氟染料、含氟表面活性剂、含氟涂料等,以其耐化学腐蚀、耐高低温、耐老化、低摩擦、绝缘等优异性能而应用广泛,已成为化工行业中发展最快、最有前景的行业之一,其应用领域早已开始从传统行业向建筑、电子、能源、环保、信息、生物医药等新领域渗透。
1.无机氟化学品
六氟化铀: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氟化铀酰和HF)的设备,因而代价高昂。