氟

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引言

氟是一種相對較新的元素。古代少量使用含氟礦物。16世紀早期科學家格奧爾格·阿格里科拉最初在冶煉的背景下討論了螢石（氟的來源礦物）的經濟應用。“螢石”（隨後是“氟”）是阿格里科拉創造的術語。18世紀後期發現了氫氟酸。19世紀初，人們意識到氟與氯一樣，是化合物中的一種鍵合元素。人們發現螢石是氟化鈣。由於氟與其他元素結合緊密以及氟化氫的毒性，分離氟的嘗試一直沒有成功。

亨利·莫瓦桑，一位最終獲得諾貝爾獎的法國化學家，於1886年電解了氟化鉀和氫氟酸的溶液，從而製得了元素氟。氟首次大規模生產和使用是在二戰期間的曼哈頓計劃中。杜邦公司在本世紀初開發了主要的含氟化學品，包括聚四氟乙烯（特氟龍）塑膠和製冷劑（氟利昂）。

什麼是氟？

鹵素氣體氟是元素週期表第17族元素。該元素的原子序數為9。氟最顯著的特性是它是元素週期表中電負性最強的元素。在常溫下，它呈現為劇毒的淺黃色雙原子氣體。氟的電負性是所有元素中最高的，在鮑林標度上為3.98。

氟的電子構型和化學性質

第17族氣體氟的原子序數為9。氟是一種鹵素，化合價為一。它缺少一個電子，是一個電子受體。這些物質因為接受電子所以是氧化劑。記住，電子供體總是還原劑，電子受體總是氧化劑。由於其高電負性，氟是鹵素中最強的氧化劑。氟的電子結構為$\mathrm{1s^{2}2s^{2}2p^{5}}$。我們可以從該元素的電子結構看出它缺少一個電子。因為它是一個親電體，所以它會接受一個電子。

氟的性質

氟表現出不同的物理和化學性質。

氟的化學性質

• 氟是一種強電負性元素，是最強的氧化劑之一。根據鮑林標度，氟的電負性為3.98。

• 由於其尺寸小，原子核與電子之間的強吸引力導致需要非常高的能量才能提取電子。氟的第一電離能為1680.6 𝐾𝐽/𝑀𝑜𝑙。因此，從一摩爾氟中去除一個電子需要1680.6 𝐾𝐽的能量。

• 氟的標準電極電位為2.87 𝑉。與所有其他因素相比，這是最高的。

• 氟只有一個穩定的同位素，即氟19。

氟的物理性質

• 氟是所有鹵素中最輕的，估計原子質量為19個粒子。

• 在自然狀態下，氟以氣體的形式存在。它是一種淺黃色的輕氣體。

• 氟的沸點為-188°C，熔點為-219.6°C。

氟的原子半徑

氟是一種非常小的元素，其原子半徑極小。因此，氟原子具有非常強的核力。氟是鹵素原子中最小的，原子半徑僅為147 pm。

氟的原子質量是多少？

最輕的鹵素氣體氟的質量僅為19 amu；具體來說，是18.99 amu。按照慣例，我們將其四捨五入並計為19。

關於氟的趣聞

• 在地殼中，氟是第13位最豐富的元素。

• 氟是一種非常活潑的元素，從未以其純淨形式被發現過。它總是與另一種元素結合存在。

• 氟可以使水以明亮的火焰燃燒。

• 除了空氣外，氟也存在於地殼中。煤和其他元素中含有痕量的氟。

• 氟在空氣中幾乎不存在。大約十億分之五十。在第二次世界大戰之前，氟在工業中並不為人所知。

• 直到那時，氟才被商業化生產。每個人都只知道氟是一種可以結合形成鹽的元素。然而，在二戰期間，六氟化鈾被發現具有核能力併成為能源來源。從那時起，氟的工業化生產速度呈指數級增長。

• 動物需要氟離子，這有助於增強它們的牙齒和骨骼。在某些地方，它被新增到飲用水中。當飲用水中氟化物的濃度低於百萬分之二時，人們認為可以避免齲齒。然而，高於此濃度，可能會導致兒童牙齒琺琅質出現斑點。牙膏也含有氟化物。人體內平均含有3毫克氟化物。過量的氟化物是有害的。氟是一種劇毒元素。

結論

氟是元素週期表中鹵素家族的成員之一。在室溫下，氟以具有難聞氣味的黃色氣體形式存在。吸入這種氣體有害。氟冷卻後會變成黃色液體。氟-19是該物質唯一穩定的同位素。氟的主要來源是螢石。

常見問題

1. 氟的用途是什麼？

氟的用途包括：

• 在氣體擴散過程中，該元素還用於製造六氟化鈾，該過程將鈾-235與鈾-238分離以用於反應堆燃料。

• 商業生產氫氟酸和三氟化硼是因為它們作為催化劑對生產各種化學分子的烷基化過程有用。

• 為了降低兒童齲齒的發生率，通常將氟化鈉新增到飲用水中。

• 製藥和農業行業最近一直在大量使用含氟化合物。選擇性氟取代會顯著改變這些化學物質的生物學特性。

2. 氟的起源是什麼？

1529年，被稱為“礦物學之父”的格奧爾格·阿格里科拉最初報道了主要的礦物來源螢石，而“氟”這個詞就源於這個拉丁詞根。據他介紹，螢石是一種被稱為助熔劑的新增劑，在冶煉過程中有助於熔化礦石和爐渣。

3. 為什麼氟如此重要？

我們骨骼保持堅固的能力取決於氟。如果我們每天使用含氟牙膏兩次，它還可以預防齲齒。除了導致骨質疏鬆症和齲齒外，過量吸收氟還會影響腎臟、骨骼、神經和肌肉。

4. 氟是如何在自然界中發現的？

由於其反應性強，氟氣，也被稱為化學界的“母夜叉”，長期以來被認為不存在於自然界中。現在，慕尼黑的科學家們有證據證明這種氣體天然存在，被困在一種被稱為暗紫螢石的石頭——暗紫螢石中。

5. 為什麼氟的反應性如此強？

氟由於其電負性而具有極強的反應性。原子的電負性是指其吸引共用電子對的傾向。簡單地說，如果氟和氯進行拔河比賽，氟總是會獲勝，因為它具有更強的電負性。