“鬼脸化学课”带你重新学化学

就在2019年5月初，江苏省发布了化工企业关停管理相关文件，文件指出对所有化工生产企业进行评估，不迭标的立即停产、限期整改，不具备整改条件和逾期整改不到位的予以关闭。消息一出，引起社会广泛讨论。加之2019年上半年以来，化工企业厂房火灾、爆炸事故频发，一时间人们对于化工厂畏惧情绪更甚，虽然化学和我们的生活联系非常紧密，大多数人却是“谈化学色变”。同学们在学习化学这门课时，是不是也有畏难和厌恶情绪？你是否也同意“我们恨化学”的论调呢？

其实，在我们身边到处都有化学的影子，从你身上穿的衣服到你手中握的手机，还有你涂在脸上的护肤品和餐盘里的美食，都离不开化学。很多人是不是因为不了解而误解化学了呢？那么就让我们来看看江苏科普作家鲁超给大家带来的《鬼脸化学课·元素家族》这本书吧。本书以化学元素为节点，带领读者们认识宇宙、地球和人类的过去、现在和未来。从元素了解化学，从生活走进化学，让化学改变世界，这是鲁超写这本书的初衷。他希望能参照化学课程标准，用小说笔法重写化学课本，让广大中学生们在读故事中学化学。

《科学大众·中学生》杂志将于本期开始，打造“化学元素”专栏，节选《鬼脸化学课·元素家族》部分内容刊登，供同学们阅读、学习。有趣有料有用“鬼脸化学课”带你重新学化学元素档案：

姓名：氟（F）。

排行：元素周期表第9位。

性格：争强好胜，得电子法力超强且无法控制，常制造出爆炸等恶性事件。

形象：单质为浅黄色气体，散发着“剧毒与腐蚀”的气息。

居所：在地球上基本以盐类的形式存在，如萤石。

塑料之王

20世纪的前50年，杜邦公司就像现在的谷歌、特斯拉、SpaceX，总有新发明新创造，引领了时代潮流。在氟利昂的商业化之后，他们又找到了新的商机。

普伦基特是美国杜邦公司杰克森实验室的化学家。1938年夏天，普伦基特正在研究氯氟烃的制备，之前成功商业化的氯氟烃都是氯氟烷烃，可是他对氯氟烯烃产生了兴趣。他选择了最简单的四氟乙烯，他将四氟乙烯存放在干冰冷却的钢瓶里，以做进一步的研究。有一天，他和助手一起打开了钢瓶，希望四氟乙烯气化通过流量计进入反应器。没多久，他们发现四氟乙烯的流动停止了，普伦基特发现钢瓶里还有不少东西，他摇晃钢瓶，发现里面有一些国体物在响动。

他用一把钢锯把钢瓶锯开，竟然发现相当多的白粉末。普伦基特明白了，四氟乙烯聚合了，这白色粉末就是高分子聚合物：聚四氟乙烯。他继续研究，得到了更好的方法制造更多的聚四氟乙烯。1941年，普伦基特通过专利首次把聚四氟乙烯公之于世。1945年，杜邦公司为聚四氟乙烯注册了Teflon商标，中文称为“特氟龙”。

聚四氟乙烯被制造出来以后，人们发现这实在是一种超强的材料。

它十分耐寒，即使到了-269.3℃的低温也没有问题，在干冰、液氮、液氧、液体空气的温度级别简直就是小意思，甚至在液氦中也能保持金身不败。它的耐热性能虽说不像它的耐寒性能那么优异，却也能耐受250℃的高温。

它又特別耐腐蚀，不论是强酸强碱，如硫酸、盐酸、硝酸、烧碱甚至王水，还是强氧化剂，比如重铬酸钾、高锰酸钾，都不能动它半根毫毛。可以说，它的化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢，甚至黄金、白金。我们知道即使是黄金、白金在王水中也会溶解，然而，聚四氟乙烯在沸腾的王水中煮几十个小时，却依然如1日。所以，如果莫瓦桑时代就有这种材料，就不会有那么多化学家在氟元素的发现上损失健康甚至生命了，当然这是个先有鸡还是先有蛋的问题。

它又特别难被浸湿，在水中浸泡1年，它不会膨胀，重量也不会增加。至今，人们还没发现有任何一种溶剂，能够使聚四氟乙烯膨胀。

此外，聚四氟乙烯的介电性能也特别好，而且它的介电性能与频率无关，也不随温度而改变，这让它在电器中可以用作很好的绝缘材料。

聚四氟乙烯的这些性能让它赢得了“塑料王”的美称！

法国工程师马克-格雷瓜尔是一个热爱钓鱼的人，他经常因为钓线纠缠到一起而烦恼。他发现聚四氟乙烯涂层的表面特别光滑，就将聚四氟乙烯涂在他的钓线上，果然，他的钓线如果纠缠到一起，只要轻轻一扯，就顺溜地解开了。

1954年，他的妻子科莱特看到这一点，突发奇想，如果将聚四氟乙烯涂在锅的表面，那以后岂不是会省心很多，再也不用担心煎饼、面条、米饭、肉酱沾到锅上了。格里瓜尔听了妻子的建议立即开动脑筋，废寝忘食研制出了如何将聚四氟乙烯和铝结合在一起的办法，世界上第一只“不粘锅”就这样诞生了。

近年来，有网络写手炮制出一些耸人听闻的小文章，提到不粘锅表面的聚四氟乙烯是剧毒物质，并呼吁大家抵制不粘锅;更有一些人提出，使用不粘锅去烹调一些酸性食物，会释放出致癌物质。这就有一点无知者无畏了，前面我们提到，聚四氟乙烯是很稳定的物质，完全化学惰性，酸性食物那么点酸距离王水还远着呢，怎么可能跟聚四氟乙烯发生反应？换一句话说，即使有少量的聚四氟乙烯进入人体，也不会在人体内发生化学反应。况且，只要不对着不粘锅空烧，达到250度以上的高温，聚四氟乙烯甚至不会熔融，更不会分解了。

所以，我们还是要懂化学，才能更好地生活。

聚四氟乙烯这种塑料之王可不光是用于厨房里，因为它特别光滑，在机械上的各种轴承、齿轮、滑轮都可以用它来做。它的表现远胜于酚醛树脂、尼龙，可能只有超高分子量的聚乙烯才能跟它媲美。

聚四氟乙烯涂层这优异的特性也不光被用在不粘锅上，其实它已经用在很多复合材料的涂层上，甚至用在了飞机上。

高端复合材料多为碳纤维和玻璃纤维，这二者的耐腐蚀性能比聚四氟乙烯要弱很多，因此将它们外面涂一层聚四氟乙烯，可起到很好的隔离作用。这不光用于航空业，还可以用于建筑等其他领域，举世闻名的迪拜阿拉伯塔就是其中一例。

含氟化合物，先进还是毒药

上一章节里，我们实在不能一一列举聚四氟乙烯的用途，因为实在太广了。

聚四氟乙烯其超强的性能主要取决于它的化学结构，在它的结构中，只有碳碳键和氟碳键。我们知道碳碳键很强，氟碳键则更强，是已知的最强键，确保了氟碳化合物的稳定性。这种稳定性我们可以扩展用到其他地方，比如表面活性剂。

我们知道，含碳表面活性剂之所以能体现出超低的表面张力，是因为甲基的表面张力超低，有机硅表面活性剂的表面张力更低，实际是因为硅氧键的柔韧性，所以能将更多的甲基朝向外面。所以，有机硅的性能并没有起到革命性的提升。

而含氟表面活性剂完全不一样，氟是电负性最强的元素，电子在氟化合物的脑子里，就是“你的就是我的，我的还是我的”，使得氟原子非常难以被极化，氟碳链极性比碳氢链小。因此，含氟表面活性剂各分子之间的范德华力很弱，这使得它的表面张力尤其低。一般含碳表面活性剂的表面张力达到30，有机硅最低可以达到21，而含氟表面活性剂最低可以达到15。

1949年，美国3M公司合成了一种新型化合物：全氟辛基磺酸（ PFOS），并用于他们的品牌：斯科奇嘉德防油防水剂（ Scotchgard），一时间红遍全美。使用了Scotchgard防水剂的服装表面可以产生“荷叶效应”，不沾水也不沾油，水滴或者油滴在处理后的服装上面，就好像露珠在荷叶上一样。从此含氟表面活性剂开始成为各个追求创新的化学公司研发的焦点。

1999年，美国环境保护署开始对PFOS的毒性展开调查，原来，这些含氟表面活性剂持久性极强，是最难分解的有机污染物之一，在浓硫酸中煮1小时也不分解。它们很容易在动物体内沉积，据美国环保署、欧洲、日本及我国研究机构的研究结果表明：PFOS及其衍生物通过呼吸道吸入和饮用水、食物的摄入等途径，而很难被生物体排出，尤其最终会富集于人体、生物体中的血、肝、肾、脑中。看来太稳定的东西也不好啊。

看起来氟化工的名声不太好，虽然有很多的新发明，但是几乎是出来一个被枪毙一个，氟利昂、PFOS姑且不论，就连不粘锅也受到了质疑。这其中有一些是误解，有一些是真正会对环境产生破壞。我要说，这是人类发展的必经阶段，还是那句话，我们不可能回到过去了，发展中遇到的问题只能用继续发展来解决。当然，总结过往的经验是必要的。

其实，氟化学品已经在更多的领域发挥着重要作用，它们就在我们身边。

我国的氟化工在过去十几年里发展非常迅速，产品产能已经超过600万吨/年，产量占全球近55%，销售额占全球约33%。但是问题也很大，一方面出现了产能过剩，氟化氢和氟化铝等产品的消费量甚至不足产能规模的一半;另一方面，我国的氟化工还是聚焦在生产低端的基础原材料，高端新兴产品匮乏，因此附加值不高;更潜在的危机是，发达国家禁止生产的一些氟化学品，我们仍然在继续生产，相关法律法规严重跟不上。

我们希望，我们的产品开发是—种有序健康的发展。虽说市场可以自由调控，但是，在“新建设一市场淘汰一再建设”这个过程中又有多少的资源浪费呢？（责任编辑：司明婧 责任校对：曹伟）