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卤族元素趣谈(一)

2020.3.25

1 最活泼的元素——氟

在所有的元素中,要算氟最活泼了。

氟是淡黄色的气体,有特殊难闻的臭味,剧毒。在-188℃以下,凝成黄色的液体。在-223℃变成黄色结晶体。在常温下,氟几乎能和所有的元素化合:大多数金属都会被氟腐蚀,碱金属在氟气中会燃烧,甚至连黄金在受热后,也能在氟气中燃烧!许多非金属,如硅、磷、硫等同样也会在氟气中燃烧。如果把氟通入水中,它会把水中的氢夺走,放出原子氧。例外的只有铂,在常温下不会被氟腐蚀(高温时仍被腐蚀),因此,在用电解法制造氟时,便用铂作电极。

在原子能工业上,氟有着重要的用途:人们用氟从铀矿中提取铀235,因为铀和氟的化合物很易挥发,用分馏法可以把它和其它杂质分开,得到十分纯净的铀235。铀235是制造原子弹的原料。在铀的所有化合物中,只有氟化物具有很好的挥发性能。

氟最重要的化合物是氟化氢。氟化氢很易溶解于水,水溶液叫氢氟酸,,这正如氯化氢的水溶液叫氢氯酸(俗名叫盐酸)一样。氢氟酸都是装在聚乙烯塑料瓶里的。如果装在玻璃瓶里的话,过一会儿,整个玻璃瓶都会被它溶解掉——因为它能强烈地腐蚀玻璃。人们便利用它的这一特性,先在玻璃上涂一层石蜡,再用刀子划破蜡层刻成花纹,涂上氢氟酸。过了一会儿,洗去残余的氢氟酸,刮掉蜡层,玻璃上便出现美丽的花纹。玻璃杯上的刻花、玻璃仪器上的刻度,都是用氢氟酸“刻”成的。由于氢氟酸会强烈腐蚀玻璃,所以在制造氢氟酸时不能使用玻璃的设备,而必须在铅制设备中进行。

在工业上,氟化氢大量被用来制造聚四氟乙烯塑料。聚四氟乙烯号称“塑料之王”,具有极好的耐腐蚀性能,即使是浸在王水中,也不会被侵蚀。它又耐250℃以上的高温和-269.3℃以下的低温。在原子能工业、半导体工业、超低温研究和宇宙火箭等尖端科学技术中,有着重要的应用。我国在1965年已试制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑,滴水不沾。人们用它来制造自来水笔的笔尖,吸完墨水后,不必再用纸来擦净墨水,因为它表面上一点墨水也不沾。氟化氢也被用来氟化一些有机化合物。著名的冷冻剂“氟利昂”,便是氟与碳、氯的化合物。在酿酒工业上,人们用氢氟酸杀死一些对发酵有害的细菌。

氢氟酸的盐类,如氟化锶、氟化钠、氟化亚锡等,对乳酸杆菌有显著的抑制能力,被用来制造防龋牙膏。常见的“氟化锶”牙膏,便含有大约千分之一的氟化锶。

在大自然中,氟的分布很广,约占地壳总重量的万分之二。最重要的氟矿是萤石——氟化钙。萤石很漂亮,有玻璃般的光泽,正方块状,随着所含的杂质不同,有淡黄、浅绿、淡蓝、紫、黑、红等色。我国在古代便已知道萤石了,并用它制作装饰品。现在,萤石大量被用来制造氟化氢和氟。在炼铝工业上,也消耗大量的萤石,因为用电解法制铝时,加入冰晶石(较纯的氟化钙晶体)可降低氧化铝的熔点。天然的冰晶石很少,要用萤石作原料来制造。除了萤石外,磷灰石中也含有3%的氟。土壤中约平均含氟万分之二,海水中含氟约一千万分之一。

在人体中,氟主要集中在骨骼和牙齿。特别是牙齿,含氟达万分之二。牡蛎壳的含氟量约比海水含氟量高二十倍。植物体也含氟,尤其是葱和豆类含氟最多。

氟是瑞典化学家社勒在1771年发现的。1810年,英国化学家戴维把它命名为氟,拉丁文的原意就是“萤石”。由于氟很活泼,不易制取,所以直到1886年,法国化学家莫瓦桑才第一次制得了游离态的氟。

2.消毒的毒气————氯Cl

清晨,当你用自来水洗脸时,常会闻到一股刺鼻的气味。这就是氯气Cl2的气味。

氯,是黄绿色的气体,有股强烈的刺激性气味。氯是瑞典化学家社勒在1774年发现的,它的希腊文原意就是“绿色的”。我国清末翻译家徐寿,最初便把它译为“绿气”,后来才把两字合为一字——“氯”。氯约比空气重2.5倍,每升氯重3.21克(在标准状态下)。在常温和六个大气压下,氯就可以被液化,变成黄绿色的液体。在工业上,便称之为“液氯”。

氯的化学性质很活泼,它几乎能跟一切普通的金属、以及除了碳、氮、氧以外的所有非金属直接化合。不过,氯在完全没有水蒸气存在的情况下,却不会与铁作用。这样,在工业上,液氯常常被装在钢筒里。装液氯的钢筒,一般都漆成绿色。(习惯上,装氧的钢筒漆为蓝色,装氨的漆成黄色,装二氧化碳的则漆成黑色。化工厂中输送这些气体的管道。也往往漆成这些颜色,以资区别。不过,也有例外的。)

氯是呛人、令人窒息的有毒气体。在空气中,如果含有万分之一的氯气,就会严重的影响人的健康。在制氯的工厂中,空气里游离氯气的含量最高不得超过1毫克/立方米。氯气中毒时,人会剧烈的咳嗽,严重的使人窒息、死亡。一旦发生氯气中毒,应把患者抬到空气新鲜的地方,吸入氨也有解毒作用。

氯气虽然是有毒的,而氯的化合物有的却是无毒的。

氯气易溶于水,在常温常压下,1体积水大约可溶解2.5体积的氯气。氯气的水溶液,叫做“氯水”。我们平常所用的自来水,严格地说,是一种很稀的氯水!这是因为在自来水厂,人们往水里通进少量氯气,来进行杀菌、消毒。另外,人们也常把氯气通入石灰水中,制成漂白粉(主要成分是氯化钙和次氯酸钙,有效成分是次氯酸钙Ca(ClO)2)。漂白粉也可用来作饮水消毒。在工业上,漂白粉还被用来漂白纸张、棉纱、布匹,因为它在水中能分解,放出具有很强氧化能力的初生态氧,具有很强的氧化性能。不过,漂白粉必须保存在阴凉的地方,它受热或见光,都会逐渐分解,失去杀菌、漂白能力。

氯气能在氢气中燃烧,氢气也能在氯气中燃烧。燃烧后,都生成重要的氯化物——氯化氢。氯化氢是无色的气体,有一股刺鼻、呛人的气味。在工业上,氯化氢是制造产量很大、用途很广的塑料——聚氯乙烯的主要原料。现在,绝大部分塑料雨衣、塑料窗帘、塑料鞋底、人造革等,都是用聚氯乙烯塑料做的。一吨聚氯乙烯塑料做成的人造革,可以代替一万张牛皮!

氯化氢HCl气体很易溶解于水。在常温常压下,1体积的水可以溶解450体积的氯化氢!氯化氢的水溶液是大名鼎鼎的强酸——盐酸。在化学工业上,盐酸是重要的化工原料,在冶金工业、纺织工业、食品工业上,也有广泛的应用。在人的胃中,含有浓度为千分之五的盐酸,促进食物的消化,并杀死病菌。有些人因胃液中缺少盐酸,引起消化不良,患胃病,医生常给他们喝些稀盐酸。当然,浓盐酸是万万喝不得的,它具有强烈的腐蚀性。人们在焊接金属时,常在表面涂些盐酸,以便清除杂质。

氯的另一个重要化合物是食盐——氯化钠NaCl。食盐,是工业上制烧碱(是氢氧化钠NaOH的俗称)、氯气和盐酸的原料(用电解饱和食盐水的方法)。此外,象氯化钾KCl,是重要的钾肥;无水氯化钙CaCl2很易吸水,是常用的干燥剂;氯化银AgCl,是制造照相纸和底片的重要感光材料;氯化锌ZnCl2,则用作铁路枕木的防腐剂。


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