雜說生活中的氟

馮大誠

氟是元素周期表上的第9號元素。核外有9個(gè)電子，其中內(nèi)層2個(gè)不參與化學(xué)過程；價(jià)電子7個(gè)，很容易因得到1個(gè)電子而成為滿殼層的惰性結(jié)構(gòu)。氟是所有元素中氧化性最強(qiáng)的非金屬元素。形象來說，氟原子是“搶奪”電子能力最強(qiáng)的選手，它常?？梢砸驌尩?個(gè)電子而成為氟離子。不過，它并不貪得無厭，通常也就搶1個(gè)電子。當(dāng)然，它也可以與其他原子共享電子而生成共價(jià)鍵。

氟原子與氟離子的化學(xué)性質(zhì)完全不同。游離的氟原子因“企圖”得到1個(gè)電子而性質(zhì)活潑，而氟離子則“懶惰”得多。

氟化鈉就是由鈉正離子與氟負(fù)離子組成的離子化合物。氟化鈉的毒性很小，不少含氟牙膏中就含有氟化鈉，正確使用含氟牙膏，確實(shí)有助于預(yù)防齲齒。

人類牙齒的主要成分是磷酸鈣，磷酸鈣很堅(jiān)硬，它往往以羥基磷灰石的形式存在于骨骼和牙齒。如果用含有氟化鈉的牙膏刷牙，氟離子就可以與羥基磷灰石發(fā)生反應(yīng)，在牙齒表面生成更堅(jiān)硬的氟磷灰石，讓牙齒不易被酸性物質(zhì)腐蝕，不易發(fā)生齲齒。

事實(shí)上，氟也是人體所需的一種化學(xué)元素，它主要存在于骨骼和牙齒中。如果缺少氟，我們的骨骼就會(huì)缺鈣，易發(fā)生骨質(zhì)疏松。但如果過量攝入氟，人體健康也會(huì)受到負(fù)面影響。比如，有些地區(qū)的地表水和地下水中的氟含量過高，長期飲用這種水的當(dāng)?shù)厝说难例X上往往會(huì)出現(xiàn)白色至褐色色斑，被稱為氟斑牙。氟斑牙一般高發(fā)于7歲以下、氟攝入超量的兒童。輕者影響牙齒外觀；重者致牙釉質(zhì)缺失、牙齒缺損；嚴(yán)重者會(huì)因慢性氟中毒而致骨骼發(fā)生增殖性變化，引發(fā)腰、腿、關(guān)節(jié)等相關(guān)癥狀。所以，通常不建議7歲以下的兒童使用含氟口腔護(hù)理產(chǎn)品。對于成人而言，只要保持健康的飲食習(xí)慣，一般不會(huì)發(fā)生氟元素?cái)z入不足或過量的情況。平時(shí)刷牙時(shí)，如不慎誤食少量含氟牙膏，也不用擔(dān)心會(huì)傷害身體。

隨著工業(yè)的發(fā)展，制冷劑得到了大量運(yùn)用。早期的制冷劑多是可燃的或有毒的，有些還有很強(qiáng)的腐蝕性和不穩(wěn)定性，比如，曾被廣泛用作制冷劑的氨，有著強(qiáng)烈的刺激性氣味，一旦大量泄漏就會(huì)引起爆炸。

20世紀(jì)30年代，人們發(fā)現(xiàn)鹵代烷物質(zhì)，例如氯氟烴，有著較強(qiáng)的穩(wěn)定性。這里的氯氟烴是指甲烷或乙烷中的氫原子被氟原子或氯原子、溴原子等鹵素原子所取代后的產(chǎn)物。氯氟烴沸點(diǎn)低，而且容易液化。后來，這類含有氟元素的鹵代烷物質(zhì)被稱為氟利昂。

在氟利昂中，氟、氯等鹵素原子與碳原子以牢固的共價(jià)鍵結(jié)合在一起，極不容易拆開，所以化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定。它無毒、無味，不會(huì)燃燒，不易與其他常見的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且價(jià)格低廉。

在氟利昂被大量用作制冷劑的同時(shí)，它也被制成了各種噴霧劑、發(fā)泡劑、滅火劑、清洗劑等。直到人們發(fā)現(xiàn)氟利昂帶來了一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題—臭氧層空洞。

地球被大氣層所包裹，這使得地球表面的溫度更適宜人們居住。太陽輻射給地球帶來光明和溫暖的同時(shí)，也帶來了傷害性較大的紫外線。地面上空15～35千米的區(qū)域中有一個(gè)厚約20千米的臭氧層。這個(gè)臭氧層吸收掉了幾乎全部能量最高的短波紫外線和絕大部分中波紫外線，從而保護(hù)了地球上的生物免遭紫外線的傷害。但從20世紀(jì)中葉開始，人們發(fā)現(xiàn)臭氧層越來越稀薄，甚至1985年南極上空出現(xiàn)了臭氧層空洞。而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的“罪魁禍?zhǔn)住本褪锹确鸁N的大量使用。

經(jīng)過光照，進(jìn)入高空的氯氟烴分子解離出氯原子，成為分解臭氧分子的催化劑。一個(gè)氯原子能夠催化、分解成千上萬個(gè)臭氧分子，大量氯氟烴分子散落在大氣中，就導(dǎo)致了臭氧層厚度的迅速變薄。

為此，世界各國開始采取聯(lián)合行動(dòng)。1985年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署簽署了《保護(hù)臭氧層維也納公約》；1987年，又制定了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（以下簡稱《議定書》）。經(jīng)過多次調(diào)整和修正后的《議定書》規(guī)定，必須對氯氟烴生產(chǎn)和使用進(jìn)行管制，并訂立了對它們進(jìn)行淘汰和取代的時(shí)間表。2022年北京冬奧會(huì)所用的制冷劑是二氧化碳。二氧化碳制冷劑破壞臭氧層的潛能值為0，并且無異味、不可燃、不助燃，是可持續(xù)性最好的冷媒之一。

乙烯是最常用的噴霧劑原料之一。乙烯分子由2個(gè)碳原子和4個(gè)氫原子組成，2個(gè)碳原子以雙鍵結(jié)合，每個(gè)碳原子又連接著2個(gè)氫原子。當(dāng)雙鍵打開后，不同的乙烯分子就能夠聚合在一起，生成聚乙烯。聚乙烯被廣泛用于生產(chǎn)薄膜、注塑制品、管板材、電纜覆蓋層等材料。

如果把乙烯分子中的4個(gè)氫原子都換成氟原子，2個(gè)碳原子以雙鍵結(jié)合，每個(gè)碳原子又與2個(gè)氟原子形成2個(gè)共價(jià)鍵，那么將形成一種名為四氟乙烯的化合物。由于氟原子“抓”電子的能力非常強(qiáng)，即使氧原子也遠(yuǎn)非其“對手”，所以四氟乙烯不會(huì)燃燒，主要用于制造新型的耐熱塑料、工程塑料、新型滅火劑和抑霧劑。

對于四氟乙烯的聚合物—聚四氟乙烯，大家其實(shí)并不陌生，它的商業(yè)名稱叫特氟龍。聚四氟乙烯的分子結(jié)構(gòu)中僅含有碳原子和氟原子，具有優(yōu)異的耐高低溫性、介電性、化學(xué)穩(wěn)定性、不燃性和不粘性。聚四氟乙烯已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、電氣、化工、建筑、輕紡和醫(yī)藥等領(lǐng)域。對于大眾而言，聚四氟乙烯的不粘性和耐腐蝕性，讓它成為了不粘鍋和水管內(nèi)層的理想涂料。

對于生活中的氟，現(xiàn)在您不再覺得陌生了吧。