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杂说生活中的氟 精选

已有 7089 次阅读 2022-5-16 08:37 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦

杂说生活中的氟

“面熟陌生”是一个吴方言语汇,表示好像见过,又说不出具体而肯定的结论,其义近于“似曾相识”。往往指人,有时候也可指物,有人写作“面熟目生”。不少人对于氟可能就是有点面熟陌生。在生活中听说过氟,如含氟牙膏,空调加氟,特氟龙不沾锅等等,但是又不清楚这些含氟的制品是什么,不知道是好是坏。本文就说说这些问题。

氟是一种非金属元素,元素符号F。氟是第9号元素,核外有9个电子,其中内层2个不参与化学过程,价电子7个,很容易因得到1个电子而成为满壳层的惰性结构。它是所有元素中氧化性最强的非金属元素。

打个比方说吧,氟原子是抢夺电子能力最强的“强盗”,它常常可以抢到一个电子而成为氟离子。不过,它也只抢夺一个电子而已,并不贪得无厌。当然,它也可以与其他原子共享电子而生成共价键。

氟原子与氟离子是化学性质完全不同的东西。游离的氟原子因“企图”得到一个电子而性质活泼,而氟离子则“惰性”得多了。

单质的氟是氟气,由两个氟原子组成,因为容易离解成两个氟原子而成为两个“抢夺”电子的“强盗”,这种气体是剧毒的。这里的所谓毒性,就是因为抢夺电子而破坏别的物质。当抢夺到了一个电子之后,已经满足了的氟离子就没有什么“危害”了。

氟化钠就是由钠正离子与氟负离子组成的离子化合物。氟化钠毒性很小。在不少含氟牙膏就含有氟化钠。

我们为什么要用含氟牙膏呢?因为含氟牙膏有助于预防龋齿。

我们的牙齿很坚硬。这是牙齿的主要成分是磷酸钙的缘故,磷酸钙是很坚硬的。它往往以羟基磷灰石的形式存在于骨骼和牙齿。如果用含有氟化钠的牙膏刷牙,氟离子可以与羟基磷灰石反应,在牙齿表面生成更坚硬的氟磷灰石,从而保护牙齿,不容易被酸类腐蚀,不容易生龋齿。世界各国的实践都证明,使用含氟牙膏可以降低龋齿的发病率。

有人担心,含氟牙膏进入体内是否安全。其实不用担心。首先,人们不会把牙膏当食品实用,氟离子与羟基磷灰石的反应只在牙齿表面进行。第二,在刷牙过程中,含有牙膏的刷牙水,都是要吐掉的。牙膏中的氟离子本来就很少(千分之一左右),即使少许含有牙膏的刷牙水进入消化道从而被吸收,体内增加的氟离子也极少。实际上我们每天都在摄入一些氟离子,饮用水、食品中都含有氟离子,与这些氟离子的量相比,刷牙时不慎吞咽下去的刷牙水中的氟离子只是很少一点。

氟也是我们人体所需要的一种化学元素,它主要存在于骨骼和牙齿中。骨骼需要一定的氟磷灰石组分,如果缺少氟,我们的骨骼就会缺钙,就会骨质疏松。

各种元素的摄入量都有一定的范围,过量的摄入总是有害的。过量氟的摄入也是如此。在有些地区的地表水和地下水中,氟含量过高,那里人们的牙齿上往往出现黄褐色斑,称为氟斑牙,人们就应当降低饮用水中过高的氟离子浓度。当然,饮用水中的氟离子超标是地方政府和供水部门专业人员的责任,我们普通老百姓对此很难做出判断和有所作为。实际上如今我国的专业人员对此还是很重视的,一般的城市自来水中氟离子都不超标。

由于我们每天需要摄入的氟元素量不多,所以只要能够正常饮食,一般不容易发生氟元素摄入不足从而需要补充氟剂的情况。

天气渐渐热起来了,人们开始开启空调。常常听说有的空调漏氟了,需要加氟。这是怎么一回事情呢?

我们都知道,热量是从温度高的物体向温度低的物体流动的。手冷了,捂热水袋,热水袋中的水把热量传给手,热水袋渐渐冷下来。没有听说手上的热量传到热水袋中,把热水袋里的水捂开了的。夏天室外温度高,室内温度低,要使得室内的温度降低,显然需要一个比室内温度更低的介质。

那么怎样才能够造成一个低温介质呢?

液体的蒸发能够降低物体的温度。我们的衣服湿透了,我们会感到特别冷,这是水蒸发需要热量。我们把酒精涂在身上,酒精挥发需要热量,我们立刻会冷得发抖,比涂水还要厉害。这是因为酒精的沸点比水低,挥发得更快。

人们把某一种液体在低压下变成气体,就能够使该处的温度下降。把气体引导另一个地方加压,这些气体又能够变成液体。所以,要想制冷,就要有一种沸点较低而又容易液化的物质,作为制冷剂。

比如,氨,在常压下冷却至-33℃或在常温下加压至7~8个大气压,氨就液化了。所以氨可以作为制冷剂。我小时候,做棒冰的制冷机就是用氨作为制冷剂的。但是,氨有缺点,有强烈的刺激性气味,而且一旦大规模泄露也可能会引起爆炸。

人们发现卤代烷例如氯氟烃有“极好”的性质。这里的氯氟烃是指甲烷或乙烷中的氢原子被氟原子或氯原子、溴原子等卤素原子所取代后的产物。这些物质沸点低,而且容易液化。这类含有氟元素的卤代烷物质称为freon,音译为氟利昂。

在氟利昂中,氟、氯等卤素原子与碳原子以牢固的共价键结合在一起,极不容易拆开,所以特别稳定。它们无毒、无味,不会燃烧,不容易与其他常见的物质发生化学反应而且价格低廉。多么好的性质!

这样,过去几十年,氟利昂就大量地被用作制冷剂。人们的空调、冰箱里都用到氟利昂。

人们把氟利昂作为喷雾剂,开发出如摩丝发胶、摩丝香波、摩丝沐浴剂、摩丝剃须膏等各类产品,非常受人们的欢迎。

人们把氟利昂作为发泡剂 ,用以制造如泡沫塑料等泡沫制品。

人们把有些氟利昂作为灭火剂,这些氟利昂往往称为哈龙。

人们把氟利昂作为清洗剂来清洗那些精细的电子元件。

总之,人们因为氟利昂这些“极好”的性质而把它们用到了极致。

但是,不久人们就发现了一个问题,一个极大的问题。那就是臭氧层的空洞问题。

我们生活在地球上,太阳给我们温暖和光明。地球外面被大气层所包裹,使得地球成为一个大温室,免于如月亮表面温度从摄氏一百多度到零下一百多度的急剧变化。但是,太阳辐射并不是只有可见光(带来光明)和红外线(带来温暖),还有频率更高的紫外线等。一些紫外线的频率(能量)与碳原子和其他原子间共价键的键能相吻合,所以,它能够打断这些共价键。在阳光下,衣服容易褪色,布料容易变脆,塑料绳子会变成粉末,细菌会被杀死,皮肤会癌变等等,这些都是紫外线作用的结果。

幸亏在地面上空15~35公里的区域中(那里的大气密度非常低了),存在浓度为百万分之几的臭氧分子。臭氧是由三个氧原子组成的分子(O3)。人们把这20公里厚的臭氧称为臭氧层。假定可以把这20公里厚的臭氧压缩到地面上的空气密度,其厚度只有大约0.3厘米。但就是这个臭氧层,吸收掉了几乎全部能量最高的短波紫外线和绝大部分中波紫外线,从而保护了地球上的生物。

但是,从20世纪中叶开始,人们发现臭氧层越来越稀薄,甚至在1985年发现南极上空出现了臭氧层空洞。如果我们失去了臭氧层的保护,地球上全部生物都将面临灾难。

进一步的研究表明,氯氟烃类分子是使得臭氧层变薄的主要“罪魁祸首”之一。进入高空的这些氯氟烃分子在光照下,解离出氯原子,成为分解臭氧分子的催化剂。催化剂在化学反应中损失很小,一个氯原子能够催化分解掉成千上万的臭氧分子。大量氯氟烃分子散落在大气中,就引起臭氧层的迅速变薄。

为此,世界各国开会采取联合行动,在1985年订立了《保护臭氧层维也纳公约》,紧接着在1987年,制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,以后又对该《议定书》进行了多次调整和修正。《议定书》规定,必须对于多个氯氟烃生产和使用进行管制,订立了对它们进行淘汰和取代的时间表。

现在,许多对臭氧层危害很大的氟利昂已经被禁止生产和使用。

替代的办法之一是使用不含氯的氟利昂作为制冷剂,如今的空调和冰箱一般都是如此。今年的北京-张家口冬季奥运会,需要大量制造冰雪,所用的制冷剂为二氧化碳。这是一种工艺先进的制冷办法,在各种制冷方法中,对环境最为友好。

对于喷雾剂,现在不少产品用液化石油气,如家用的喷雾杀虫剂就是如此。

乙烯是最常用的化工原料。乙烯分子是最简单的有机分子之一,由两个碳原子和四个氢原子组成,乙烯分子的两个碳原子以双键结合,每一个碳原子又连接着两个氢原子。当双键打开,不同的乙烯分子就能够聚合在一起,生成聚乙烯。这是我们最常用的塑料。聚乙烯容易着火燃烧,生成二氧化碳和水。

把乙烯分子中的四个氢原子都换成氟原子,这个分子称为四氟乙烯。同样,两个碳原子以双键结合,每一个碳原子又与两个氟原子形成两个共价键。由于氟原子“抓”电子非常牢固,即使氧原子也远非其“对手”,不能把碳氟键拆开,所以四氟乙烯不会燃烧。

与乙烯一样,四氟乙烯的两个碳原子之间的双键能够打开而使各四氟乙烯分子聚合成为高分子,称为聚四氟乙烯。它的商品名Teflon,音译为特氟龙。

聚四氟乙烯分子中间是一条长长的碳链,周围则密密包裹着氟原子。这是一种非常稳定的塑料,不会燃烧,也不容易与其他物质起化学反应,具体地说,它不与酸、碱起化学反应,也不溶解于有机溶剂。它耐高温,也耐低温,被称为塑料王。

聚四氟乙烯不但不容易与其他物质起化学反应,甚至表面之间的相互作用力也很小。由于表面之间相互作用力很小,其他物质不容易黏在它表面。这样,聚四氟乙烯成为了不粘锅和水管内层的理想涂料。我们家用的不粘锅,目前大多数都在内壁有聚四氟乙烯涂层。食物不粘在锅壁,在烹调时可以节省许多油脂,也减少了厨房的油烟。

不粘锅的缺点是,由于聚四氟乙烯涂层与不粘锅锅体粘合上的困难,致使聚四氟乙烯涂层与锅体的结合不很牢固。这样,我们使用不粘锅时,不要用过于硬质的工具如铁质锅铲、锅勺,以免损坏不粘层。当然,聚四氟乙烯性质极其稳定,是无毒的,它不与我们身体中那些消化液反应,直接“穿肠而过”,排出体外。所以,不用担心其安全问题。

对于生活中的氟,您现在不再“陌生”了吧。

 



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