杂说生活中的氟

冯大诚

氟是元素周期表上的第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。氟是所有元素中氧化性最强的非金属元素。形象来说，氟原子是“抢夺”电子能力最强的选手，它常常可以因抢到1个电子而成为氟离子。不过，它并不贪得无厌，通常也就抢1个电子。当然，它也可以与其他原子共享电子而生成共价键。

氟原子与氟离子的化学性质完全不同。游离的氟原子因“企图”得到1个电子而性质活泼，而氟离子则“懒惰”得多。

氟化钠就是由钠正离子与氟负离子组成的离子化合物。氟化钠的毒性很小，不少含氟牙膏中就含有氟化钠，正确使用含氟牙膏，确实有助于预防龋齿。

人类牙齿的主要成分是磷酸钙，磷酸钙很坚硬，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，氟离子就可以与羟基磷灰石发生反应，在牙齿表面生成更坚硬的氟磷灰石，让牙齿不易被酸性物质腐蚀，不易发生龋齿。

事实上，氟也是人体所需的一种化学元素，它主要存在于骨骼和牙齿中。如果缺少氟，我们的骨骼就会缺钙，易发生骨质疏松。但如果过量摄入氟，人体健康也会受到负面影响。比如，有些地区的地表水和地下水中的氟含量过高，长期饮用这种水的当地人的牙齿上往往会出现白色至褐色色斑，被称为氟斑牙。氟斑牙一般高发于7岁以下、氟摄入超量的儿童。轻者影响牙齿外观；重者致牙釉质缺失、牙齿缺损；严重者会因慢性氟中毒而致骨骼发生增殖性变化，引发腰、腿、关节等相关症状。所以，通常不建议7岁以下的儿童使用含氟口腔护理产品。对于成人而言，只要保持健康的饮食习惯，一般不会发生氟元素摄入不足或过量的情况。平时刷牙时，如不慎误食少量含氟牙膏，也不用担心会伤害身体。

随着工业的发展，制冷剂得到了大量运用。早期的制冷剂多是可燃的或有毒的，有些还有很强的腐蚀性和不稳定性，比如，曾被广泛用作制冷剂的氨，有着强烈的刺激性气味，一旦大量泄漏就会引起爆炸。

20世纪30年代，人们发现卤代烷物质，例如氯氟烃，有着较强的稳定性。这里的氯氟烴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。氯氟烃沸点低，而且容易液化。后来，这类含有氟元素的卤代烷物质被称为氟利昂。

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，所以化学性质特别稳定。它无毒、无味，不会燃烧，不易与其他常见的物质发生化学反应，而且价格低廉。

在氟利昂被大量用作制冷剂的同时，它也被制成了各种喷雾剂、发泡剂、灭火剂、清洗剂等。直到人们发现氟利昂带来了一个严重的环境问题—臭氧层空洞。

地球被大气层所包裹，这使得地球表面的温度更适宜人们居住。太阳辐射给地球带来光明和温暖的同时，也带来了伤害性较大的紫外线。地面上空15～35千米的区域中有一个厚约20千米的臭氧层。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免遭紫外线的伤害。但从20世纪中叶开始，人们发现臭氧层越来越稀薄，甚至1985年南极上空出现了臭氧层空洞。而导致这一现象的“罪魁祸首”就是氯氟烃的大量使用。

经过光照，进入高空的氯氟烃分子解离出氯原子，成为分解臭氧分子的催化剂。一个氯原子能够催化、分解成千上万个臭氧分子，大量氯氟烃分子散落在大气中，就导致了臭氧层厚度的迅速变薄。

为此，世界各国开始采取联合行动。1985年，联合国环境规划署签署了《保护臭氧层维也纳公约》；1987年，又制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（以下简称《议定书》）。经过多次调整和修正后的《议定书》规定，必须对氯氟烃生产和使用进行管制，并订立了对它们进行淘汰和取代的时间表。2022年北京冬奥会所用的制冷剂是二氧化碳。二氧化碳制冷剂破坏臭氧层的潜能值为0，并且无异味、不可燃、不助燃，是可持续性最好的冷媒之一。

乙烯是最常用的喷雾剂原料之一。乙烯分子由2个碳原子和4个氢原子组成，2个碳原子以双键结合，每个碳原子又连接着2个氢原子。当双键打开后，不同的乙烯分子就能够聚合在一起，生成聚乙烯。聚乙烯被广泛用于生产薄膜、注塑制品、管板材、电缆覆盖层等材料。

如果把乙烯分子中的4个氢原子都换成氟原子，2个碳原子以双键结合，每个碳原子又与2个氟原子形成2个共价键，那么将形成一种名为四氟乙烯的化合物。由于氟原子“抓”电子的能力非常强，即使氧原子也远非其“对手”，所以四氟乙烯不会燃烧，主要用于制造新型的耐热塑料、工程塑料、新型灭火剂和抑雾剂。

对于四氟乙烯的聚合物—聚四氟乙烯，大家其实并不陌生，它的商业名称叫特氟龙。聚四氟乙烯的分子结构中仅含有碳原子和氟原子，具有优异的耐高低温性、介电性、化学稳定性、不燃性和不粘性。聚四氟乙烯已被广泛应用于航空、航天、电气、化工、建筑、轻纺和医药等领域。对于大众而言，聚四氟乙烯的不粘性和耐腐蚀性，让它成为了不粘锅和水管内层的理想涂料。

对于生活中的氟，现在您不再觉得陌生了吧。