最难驯服的元素——氟

在我国西南地区的部分山区，那里的很多人患有一种口腔疾病，具体表现为牙齿失去光泽，并附着黄褐色的斑块。专家实地考察并对病人临床诊断后发现，这种病叫做氟斑牙（图1），是由于当地人的水源中含氟量过高，长期饮用这种水，就会对牙齿造成损坏，最终形成氟斑牙。听起来，氟似乎不是一个对人友好的元素，那么事实上氟到底有哪些性质呢？且看下文分解。

图1. 氟斑牙（图源自网络）

01漫漫求氟路

人们最早接触氟元素可追溯到1529年，德国著名的矿物学家——阿格里柯拉，曾描述过德国矿工将茧石(含氟的矿石)用作矿物助熔剂的故事。1670年，德国的传奇玻璃工施瓦哈德，无意间将萤石与硫酸接触，反应后产生的蒸气使他所戴的眼镜镜片变得粗糙，这意味着这种蒸汽能够腐蚀玻璃。他敏锐地嗅到了其中的商机，利用这一反应制造了很多花纹精美的玻璃制品，很快成为了当地的富翁。

瑞典化学家舍勒（图2）研究后发现，萤石接触硫酸生成的蒸气 , 是氢和一种未知的活泼元素结合后形成的酸，他将其命名为氟酸。这位化学大师喜欢用鼻子闻的方式鉴别物质，过去曾出现过多次中毒事件，在这次闻过氟酸没几年后，舍勒就英年早逝了[1]。

图2. 舍勒（图源自网络）

舍勒死后，其他科学家开始尝试将这种新的元素提取出来，但都没有结果。1813年, 安培与家戴维命名这种新元素为氟，1836年，诺克斯兄弟计划用氯与氟化汞反应制取氟，但他们不仅没有成功，还被氟毒的下半辈子受尽折磨。比利时化学家劳埃特对前人的惨状不以为意，复做了该实验，直接被氟送进坟墓。其学生弗莱米头脑灵活，他首先收集了前人的实验资料，总结出他们失败的教训，认为化学方法不可能制取这种新元素。1885年他尝试采用电解法来制取氟，虽然他的试验也不出意外的失败了，但他的这一尝试已经开始向着正确的方向迈进。他的学生莫桑改进了老师的实验装置，成功用电解法制取了氟，因而获得了1906的诺贝尔化学奖。同样，莫桑也受到了氟的“诅咒”， 54岁就离开了人世。

02氟的应用

氟是一种卤族元素，化学符号是F，以化合态的形态广泛分布于自然界。氟是一种反应性能极高的元素，被称为是“化学界顽童”。氟单质的性质相当活泼，但其一旦与其它元素化合，就会生成耐热、耐腐蚀的稳定化合物。1938年，德国赫斯特公司制造出了世界上首种含氟高聚物——聚三氟氯乙烯。1946年，杜邦公司将聚四氟乙烯商业化，并将其命名为特氟隆（Teflon），这标志着人类首次开始使用性能优异的高聚物。氟的化合物被广泛应用于各个领域，下面对含氟化合物的应用作简要说明。

2.1含氟牙膏

使用含氟牙膏进行牙齿的清洁、卫生、保养在我国是十分普遍的现象。含氟牙膏（图3）占牙膏市场的销售比重高达的90%以上。看到这里，有的读者也许会感到奇怪，文章开头所讲的氟斑牙就是因为饮用了含氟量高的水导致，怎么牙膏中还添加氟呢？这不是自相矛盾吗？这里就不得不提一句网络流行语，不谈剂量说毒性都是在耍流氓，人体摄入氟含量过低会导致龋齿，含量过高会导致氟斑牙，合理范围内摄入氟不仅无害，还会对牙齿起到保健的效果。含氟牙膏的发明与使用, 大大减少了牙齿疾病的发生，是口腔卫生保健的一大进步。

图3. 含氟牙膏（图源自网络）

2.2含氟医药

含氟药物具有优异的生物活性和生物体适应性，其疗效比一般药物强好几倍。目前，全世界有超过400亿美元的市场。据统计，每年上市的新药中大约有15%～20% 都是有机氟化合物。含氟医药正是医药市场上一颗冉冉上升的新星，有许多药厂在含氟医药方面做了大量投资。

2.3含氟农药

含氟农药因为其比较高的生物活性，可以在保证灭杀害虫的前提下，降低农药的使用量，降低杀虫成本，因而广受农民朋友的喜欢。含氟农药已经成为高端品种的代名词，是新农药强有力的创制主体，目前全球开发并应用的含氟农药大约有150种，日益成为全世界农药发展的重点，具有良好应用前景和市场潜力。

2.4含氟染料

含氟活性染料性能优异，一般用于生产高附加值的产品，如高档纺织品。在当前的生产工艺条件下，含氟染料的价格较高。由于近年来人们对服装的要求越来越高，纺织业对活性染料的需要也越来越大。但是目前我国活性染料的品种还相对单一，对于市场需求最大的优异性能活性染料的生产能力近乎为0，每年都要从国外进口大量的优质活性染料。为了打破垄断，国内企业联合高校等科研院所，集中力量对该问题展开了攻关。终于，丽源科技的含氟活性染料生产线顺利投产，一跃成为了全球第4条含氟活性染料生产线，填补了国内的空白，使我国企业在一定程度上减少了对进口含氟活性染料的依赖，提升了我国印染行业的整体实力，对保护生态环境做出了杰出贡献。

2.5含氟表面活性剂

含氟表面活性剂性能优越，具有高化学稳定性、高热稳定性、憎水憎油及环境友好的特点，因而含氟表面活性剂得以在化学、纺织、石油和消防等众多行业中大显身手。在石油工业中，钻井、驱油、原油降黏降凝和炼油等各生产环节，都可以看到含氟表面活性剂的身影，已逐渐成为化工行业不可或缺的化学助剂。

2.6含氟中间体

我国生产含氟中间体的骨干企业多分布于辽宁、浙江、江苏等地，大部分面向国外市场，赚取外汇。这些企业之所以很少涉足国内市场，主要是因为这些企业所生产的中间体，大部分是过期专利的仿制品，没有形成自主知识产权，缺乏核心竞争力，在国内市场上自然难有作为[2]。如今，全球制药业正处于上升期，相应的含氟中间体需求量自然是水涨船高。如此大的一块蛋糕却无法吃到，对于国内企业而言，实在是非常可惜，许多国内企业也在该领域的专利开发上投入了大量资源，但目前收效不大。

03小结

氟还未出世，就已连续带走了几位杰出的化学家，其发现过程如此艰难，颇有点干将莫邪投炉祭剑的意味。幸不辱命，氟被人们研究清楚后，立刻从毒王摇身一变，成为了造福千家万户的宝藏元素，我们在享受氟给生活带来便利的同时，也需要在心里默默感谢像舍勒、默桑这样失去性命的化学家，正是无数这样举着火炬在茫茫黑夜中寻找真理的人，才有了今天高度发达的化学文明。