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祝大家春節(jié)快樂，萬事如意！  我們普通人過春節(jié)也沒多少講究，就是闔家團圓外帶吃好喝好。初一的餃子初二的面，初三合子往家轉(zhuǎn)，初四烙餅炒雞蛋。我家附近有PM2.5監(jiān)測點，盡管已經(jīng)是郊區(qū)，也不許放炮仗，倒是沒干擾我錄音。 現(xiàn)代的年味早已經(jīng)打了折扣，古代就不一樣了。你看王安石寫詩描寫春節(jié)的景象是：爆竹聲中一歲除，春風送暖入屠蘇。千門萬戶瞳瞳日，總把新桃換舊符。貼春聯(lián)是少不了的。這年頭會吟詩作對的也不多了，市場上有不少春聯(lián)可以買。有人干脆貼個福字，還要倒著貼，取個口彩“福到了”。不過也有民俗專家說不能倒著貼。沒關(guān)系，看你高興，你要高興橫著貼都沒關(guān)系。 狗年旺旺！ 我們今天講的內(nèi)容和氟是有關(guān)系的，但是不是幸福的福，是氟元素，這個鹵族元素之中最難提取的家伙。氟元素的發(fā)現(xiàn)史可是歷時118年之久，最早是德國化學家馬格拉夫發(fā)現(xiàn)了氫氟酸。到1886年莫瓦桑提取出氟元素的單質(zhì)，一個世紀就過去了。 最早人們發(fā)現(xiàn)有一種東西叫做“螢石”，為什么起這個名字呢？因為在陽光照射過后，你迅速拿到黑暗中去看，會看到這種彩色的石頭會發(fā)出熒光。有的石頭熒光時間非常長，有的石頭熒光時間非常短。今天市場上很多所謂的夜明珠，就是由發(fā)光時間比較長的螢石材料做成的。所以這些東西一點都不值錢。早在河姆渡時期就發(fā)現(xiàn)過用螢石來做裝飾品。我們的老祖宗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這東西是會發(fā)出熒光的。 美麗的螢石 但是大家請注意，螢石這種材料千萬不能和酸性的東西放在一起，和酸性的東西放在一起，會產(chǎn)生氟化氫，溶解在水里就是氫氟酸。1670年，有個德國人就發(fā)現(xiàn)，用螢石和硫酸放在一起，會冒出一種氣體，這種氣體居然能腐蝕玻璃。如果在玻璃表面涂上一層蠟，然后在蠟上刻出花紋，然后再用這種蒸汽去熏。等到你把蠟去掉就會發(fā)現(xiàn)，花紋已經(jīng)刻在了玻璃上。 現(xiàn)代用氫氟酸蝕刻的玻璃 于是這種技術(shù)就成了他們家的祖?zhèn)髅胤?，打死我也不說。到了1768年，馬格拉夫重新發(fā)現(xiàn)了制取這種氣體的辦法。實際上螢石的主要成分是氟化鈣，氟化鈣和硫酸發(fā)生作用，生成氟化氫氣體和硫酸鈣。氟化氫氣體溶解在水里就是氫氟酸。 1771年的時候，瑞典化學家舍勒曾經(jīng)制取過氫氟酸，他用的辦法也和馬格拉夫差不多，用的是硫酸、硝酸和磷酸的混合物，然后把螢石扔到這種液體里面，然后放到瓶子里加熱。舍勒發(fā)現(xiàn)它的性質(zhì)很像鹽酸，但是比鹽酸更加穩(wěn)定，它的酸性比鹽酸要弱得多，但是他對玻璃和硅酸鹽類的礦物腐蝕性卻非常強。所以這個東西可以用來腐蝕玻璃。 到了1810年英國的戴維也證明了鹽酸實際上是氯和氫組成的。他不是去了一趟法國嗎？跟法國的安培還搞得很熟。安倍就認為氫氟酸和鹽酸很類似。既然鹽酸是由氯和氫組成的，那么一定存在一種新的元素，它和氫組成的酸就是現(xiàn)在這個氫氟酸。所以氟元素這個名字就是安培起的，來源就是螢石。 盡管當時氟元素的單質(zhì)誰都沒見過，大家還是確認應該存在這樣一種化學元素。于是化學家們就踏上了制取氟單質(zhì)的漫漫征途，這個征途實在是太長了。 到了1813年，戴維就開始想法子提取氟元素。他打算先制備出磷和氟的化合物，然后呢？在用氧氣和這種化合物混合加熱。他是想啊，用氧把里面的氟給替置換出來，但事實上，氟的化學性質(zhì)遠比氧更活潑，所以戴維怎么搞都搞不出來。戴維一看實在是不行，必須拿出秘方，拿出伏打電池了。他看看這次能不能用電解法制取出氟元素。 戴維開始想辦法辯解氫氟酸。電極是用鉑材料做的，說白了就是非常貴重的白金。結(jié)果白金都被腐蝕掉了，他還是沒能得到任何一點氟元素。后來他又改進了實驗裝置，仍然得不到氟氣體。他只能得到氧氣，說白了電解的是水。 鉑是常用的電極材料 同時法國的蓋-呂薩克也在用電解法嘗試提取氟單質(zhì)，結(jié)果跟戴維是一樣的，他什么都沒得到。不僅如此，他還因為吸入了氟化氫氣體而嚴重中毒。很多中學學過化學課的人可能都知道 ，氫氟酸是一種弱酸。但是酸性跟毒性不是一碼事兒。氫氟酸是個極其危險的東西，大家千萬要留神注意。看網(wǎng)上的案例，做實驗，不小心手上撒了一點兒氫氟酸，開始也沒在意，因為并不是很疼，但是越來越疼。后來去醫(yī)院看的時候已經(jīng)晚了。皮膚和指甲都已經(jīng)變黑。慢慢的皮膚變硬，最后脫落，下面長出新的皮，這個過程是極其痛苦的。看網(wǎng)上這個案例，前前后后花了一百天才好。 沾染了氫氟酸一段時間以后發(fā)皮膚會發(fā)黑 氟元素太過活潑了，它非常容易和身體里的鈣鎂離子相結(jié)合。使得大量的鈣鎂離子變成了氟化鈣氟化鎂。1994年，澳大利亞一個家伙把100毫升70%的氫氟酸灑到了右褲腿上，他立刻拉出消防水龍頭狂沖啊，最后還跳進游泳池，但是也沒用，最后他右腿截肢也沒能保命，兩個禮拜之后他還是死了。 濃度低的氫氟酸撒到往往沒什么感覺，也不算太疼，過24個小時才會有感覺。所以等到引起警覺，已經(jīng)晚了。所以一旦發(fā)現(xiàn)沾上了氫氟酸，千萬別遲疑，直接找到當?shù)氐幕ぢ殬I(yè)病防治機構(gòu)。他們有經(jīng)驗，很多大醫(yī)院都難以處理，因為他們沒碰到過。 所以我們都要清楚，19世紀初期的那些個化學家，簡直像貓有九條命一樣，如果不是命大，不不是運氣好的話，根本就活不下來。即便是幸運兒，他們的壽命也不太長。戴維只活了51歲，舍勒只有44歲。 到了1834年，法拉第開始繼續(xù)向制取氟單質(zhì)的方向沖擊。他都沒能成功，不管是想辦法電解干燥的或者熔融的氟化物都不行，燒化了都不頂用。1836年，蘇格蘭化學家諾克斯兄弟開始用氯氣處理干燥的氟化汞。他們把一片金箔放進了玻璃儀器的頂部，最后試驗的結(jié)果呢，得到了氯化汞結(jié)晶，金子變成了氟化金。金子是多穩(wěn)定的元素啊，簡直是刀槍不入，但是仍然頂不住氟元素的活潑特性。這兄弟倆推斷，肯定在反應過程中是產(chǎn)生了氟單質(zhì)的，但是馬上又和其他東西產(chǎn)生化學反應。因此他倆根本收集不到氟單質(zhì)。為了制取氟單質(zhì)，這兄弟倆都嚴重中毒，幾乎把命搭上，休養(yǎng)了三年才緩過這條命。 但是他們的實驗指明了一條路，就是氟單質(zhì)是可以被制取出來的。后來比利時的化學家魯耶特繼續(xù)了這兄弟倆的試驗。他長期從事這種研究，中毒比較深，最后把命搭上了。把生命搭上的不僅僅是他，還有法國化學家尼克雷。 愛德蒙·弗雷米 到了1854年法國化學家弗雷米開始用電解法來電解氟化鈣、氟化鉀和氟化銀。需要把這些東西捎到熔融狀態(tài)再電解，完全沒有水的參與。在陰極上他收集到了金屬，比如說鈣、鉀和銀他們都收集到了，按理說陽極上應該產(chǎn)生氟單質(zhì)，但是陽極上冒出了極少的氣泡，很快產(chǎn)生的這些氣泡就把鉑電極給腐蝕了。就連白金都頂不住氟元素的腐蝕。他又開始想辦法電解氟化氫，但是氟化氫根本就不導電。他一點兒辦法都沒有。假如是電解氟化氫的水溶液，最后會產(chǎn)生氧氣，說白了電解的是水。1869年英國人格爾也用電解法分解氟化氫，結(jié)果發(fā)生了爆炸。這個過程中顯然是產(chǎn)生了極少量的氟氣的，但是服這個元素實在是太活潑了，他在冷暗處和氫氣碰上都會引起爆炸，這爆炸就這么來的。 最終提取出氟單質(zhì)的，是弗雷米的學生莫瓦桑。我們發(fā)現(xiàn)莫瓦桑的這個經(jīng)歷和法拉第非常像，他1852年9月28號出生在巴黎，曾經(jīng)在公立中學上學。后來因為家里太窮了，沒辦法呀，中途輟學了。他18歲就在巴黎的一家藥房做學徒，他也是非常喜歡去聽科學家的演講。一來二去就認識了當時法國自然博物館的館長，工藝學院的教授弗雷米。人家一看這孩子挺聰明，挺好學，就收他當了個學生。 莫瓦桑功成名就之后的照片 在法國，當時研究有機化學的人非常多，研究無機的人反倒是少數(shù)。這個莫瓦桑決定在無機化學方面下功夫?？赡苁鞘芰怂蠋煾ダ酌椎挠绊?，這個莫瓦桑對氟單質(zhì)的提取非常有興趣。這是一個世紀難題。 莫瓦桑要做的第一件事兒就是總結(jié)過去70多年來的經(jīng)驗和教訓。實踐證明，電解氟化物的水溶液是行不通的，氟元素死活留在溶液里面不出來。那么電解熔融的氟化物行不行呢？在高溫下，氟化物對電解槽和電極材料會產(chǎn)生強烈的腐蝕。即便產(chǎn)生了極少量的氟單質(zhì)，你也沒有辦法收集起來。無水液態(tài)的氟化氫又不導電，也是無法電解的。因此這是個非常頭疼的問題。氟元素的化學性質(zhì)太活潑了，除了電流，沒有別的辦法能把它拽出來。但是往往拽出來的瞬間，氟元素就和別的東西發(fā)生反應不見了。 莫瓦桑發(fā)現(xiàn)氟化砷是一種液態(tài)的物質(zhì)，但是這種東西是有劇毒的。砷的化合物往往都有劇毒。這東西在低溫的情況下也還是液態(tài)。假如溫度低，分解出來的氟單質(zhì)就不太容易和電極以及電解槽發(fā)生化學反應。所以氟化砷就是一個非常好的材料。但遺憾的是，氟化砷不導電，需要在里面加入微量的氟化鉀使得液體能夠?qū)щ姟?/p> 莫瓦桑開始電解氟化砷，電極上的確有小氣泡冒出來。但是很快，陰極表面就覆蓋了一層被電解出來的砷元素。砷元素是不導電的，所以電解反應也就停了。莫瓦桑做了很多次實驗，效果都不理想。他在試驗期間，因為四次中毒而暈倒。所以這個莫瓦桑是真夠拼的，連命都不要了。 看來氟化砷是不行了，于是莫瓦桑轉(zhuǎn)向了氟化氫。溫度比較低的情況下，氟化氫是液體。但是氟化氫是不導電的，你想電解是不行的，只能加入一點兒氟氫化鉀。這次電解在陰極上聚集了很多氫氣，但是在陽極上卻沒有氟單質(zhì)氣泡冒出來。莫瓦桑差點兒哭了，這個氟元素怎么就這么難搞啊。他發(fā)現(xiàn)，在容器瓶口的玻璃塞子上有白色的粉末。原來是氟氣和玻璃發(fā)生了反應，玻璃被氟氣給腐蝕了。 莫瓦桑大喜過望，現(xiàn)在看來制取氟氣的問題已經(jīng)變成了防止塞子被氟元素腐蝕的問題了。什么東西可以防止被氟元素腐蝕呢。答案很簡單：螢石。因為螢石是氟化鈣，本身就是氟的化合物，當然不會再跟氟反應。但是螢石比貝殼略微硬一點兒，加工起來挺費勁。莫瓦桑糊了四天才弄出兩個螢石的塞子。 1887年出版物上的莫瓦桑實驗裝置插圖 莫瓦桑繼續(xù)開始電解，實驗裝置他都仔細檢查過，可能和氟元素反應的部分他全換成了螢石材料。這一回，陽極附近果然聚集了不少的氣體。他拿出一根硅條，伸進了這種氣體里面，硅條立刻燃燒了起來。硅并不是一種非?；顫姷脑?，就這樣見到氟元素立馬就燒起來了?？梢姺赜卸嗷顫?。這個神秘的氟元素終于被人類給揪出來了。這一年是1886年，莫瓦桑34歲。 莫瓦桑不是法蘭西科學院的院士，因此他請別人代交了報告。法蘭西科學院很感興趣，成立的三人評估小組來評估他的發(fā)現(xiàn)，其中就有他的老師弗雷米。后來在向法蘭西科學院做的公開演示之中，莫瓦桑玩兒砸了。他仔細調(diào)整了實驗的藥品，加入了氟氫化鉀，試驗獲得成功。莫瓦桑從此一舉成名。法國科學院發(fā)給他一萬法郎的拉·卡澤獎金。莫瓦桑拿到獎金的第一件事兒就是還債。實驗畢竟是要花錢的，莫瓦桑已經(jīng)欠了一屁股債了。 后來他成了巴黎藥學院的毒物學教授。1891年成了法蘭西科學院的院士。1906年，拿了諾貝爾獎。但是他的身體很差，因為他得了氟骨病，也就是慢性氟中毒，后來生活幾乎不能自理。他每天都是在疼痛中度過的，而且四肢無力。畢竟他與氟元素打交道太多了。55歲莫瓦桑就去世了。那時候的化學家，真的都有九條命。
氟元素在現(xiàn)代工業(yè)中使用極其廣泛。比如說每天早上使用的牙膏里面就含有氟元素。原理就是極微量的氟元素和牙齒里的鈣結(jié)合產(chǎn)生氟化鈣，可以防止蛀牙。 現(xiàn)在家里用的不粘鍋表面都有一層涂層，這一層東西叫做“聚四氟乙烯”，也有個外號叫“塑料王”。它耐酸耐堿，泡在王水里也不怕。而且耐高溫耐冷凍，260度的高溫下都能挺得住，缺點是加工困難。這種東西非常滑，所以常常用來制造不粘鍋。
不粘鍋 氟元素還被用制冷劑里面。大名鼎鼎的制冷劑就是氟利昂。其實氟利昂是一種統(tǒng)稱，有各種各樣不同的型號。過去最常用的制冷劑實際上是其中的氯氟烴。這種物質(zhì)比較穩(wěn)定，但是隨著大氣環(huán)流升到高空以后，被強烈的紫外線照射會發(fā)生分解。產(chǎn)生的氯氣會破壞大氣中的臭氧層。因此現(xiàn)在氯氟烴已經(jīng)被禁用了。氯氟烴的發(fā)明人美國化學家小托馬斯·米基利也是含鉛汽油的發(fā)明人。很不幸，他的發(fā)明成果都和環(huán)境污染密切相關(guān)。鉛污染他是難辭其咎。但是氯氟烴破壞大氣臭氧層，他是真的不知道啊！誰能往哪兒想??！畢竟這東西的危害要過幾十年才能顯露出來。 現(xiàn)在常用的制冷劑已經(jīng)不再是氯氟烴了，而是氫氟碳化合物。降解比氯氟烴快了不少，氯氟烴要幾百年才降解。氫氟碳化合物只要幾十年就行。還有更好的東西氫氟烯烴，這東西降解只需要幾周就行了。
但是即便這些制冷劑不再破壞臭氧層了，它們的溫室效應仍然顯著，氟利昂可以達到二氧化碳的1000倍以上。六氟化硫更厲害，能達到二氧化碳的2萬倍。這個問題仍然沒有解決。 順便提一句，氟元素在核工業(yè)方面也是有用的。六氟化鈾很容易變成氣態(tài)，可以利用這些六氟化鈾氣體來搞鈾235和鈾238的分離。 有關(guān)氟元素的內(nèi)容，我們就講到這里了。這幾集歪樓比較厲害，下次我們書歸正傳。最后，再一次祝大家新春快樂，狗年旺旺！我們下次再見。
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