元素周期表系列：第9号元素——氟元素
张沁榕
博士科普元素团队
第9号元素氟是极其活泼的一种元素，几乎可以和所有元素反应。它形成的化合物在我们的生活中随处可见，比如不粘锅、牙膏等等。
氟是什么样一种元素呢？
博科小答：氟（Fluorine）是一种极其活泼的元素，其氧化性极强。氟几乎可以和所有元素反应，甚至包括一部分惰性气体，形成氟的化合物。它在元素周期表中名列第九，为第VIIA族卤族元素，原子量为18.998。其单质是氟气（F2），是一种淡黄色且剧毒的气体。在一个大气压下，它的熔点为-223℃，沸点为-188.14℃。
图一：氟原子示意图
自然界中， 氟主要以矿物质的形式存在，比如萤石、氟磷灰石、和冰晶石。
图二：含氟的矿石
神奇的特氟隆是什么呢？
博科小答：当我们说一种元素活泼时，意思是指当它与其他物质反应时会释放极大的能量。反过来如果我们要分解该反应形成的化合物时，则需要提供同样多的能量。也就是说该越活泼的元素形成的化合物就越稳定。氟，就有这样一种非常稳定且著名的化合物：聚四氟乙烯，也称特氟隆（Teflon）。
特氟隆有很多优越的特性：不怕热、不怕冷、耐腐蚀、高润滑不粘附、高绝缘以及无毒害等性质。这些都是由其高稳定性决定的。
我们平日用的不粘锅就是靠特氟隆的低摩擦系数和不粘附特性实现“不粘”的。同时它也是水管内层的理想涂料。在密封水管接头时所用的生料带就是聚四氟乙烯薄膜。
图三：特氟隆的应用（左）不粘锅涂料（右）生料带
氟与牙齿
博科小答：我们知道牙膏中会添加一些氟化物，比如氟化钠或氟化胺类。那么氟与牙齿健康有什么关系呢？在发育期会，氟会在骨骼和牙齿中聚集，从而有助于坚固牙釉质。在刷牙时，氟离子可以替换牙齿矿物盐（羟基磷灰石）中的羟基，将其转换成硬度很高的氟磷灰石，抑制产酸菌的活动，从而预防龋齿。除了牙膏和漱口水中会添加氟化物，我们平日的饮用水中也有一定的添加，以帮助坚固牙齿。
然而，氟的过量摄入却会导致氟牙症。在牙釉质发育期，过量的氟会损害造釉细胞，使得牙齿产生斑点、变黄、表面变得粗糙，反而使牙齿更容易缺损。
危险的氢氟酸
氢氟酸是氟化氢的水溶液，由于氢原子和氟原子结合的能力很强，从而在水中无法完全电离，所以在理论上低浓度的氢氟酸是一种弱酸。然而它却具有极强的腐蚀性，且有剧毒。氢氟酸可以和钙离子与镁离子反应，从而影响依靠钙、镁离子发挥技能的器官。如不及时处理，会导致心、肝、肾和神经系统的严重损伤。
19世纪对氟的研究导致了数名实验人员失去了生命，被称为“氟烈士”。莫瓦桑于1876年成功制备出了氟单质。在1906年，他去世两个月之后获得了诺贝尔奖，评奖委员会对其评价如下：“表彰他对氟元素的研究和分离工作，全世界对您所研究的用于驯服最凶猛的元素的伟大实验技术表示尊敬。”
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参考文献
1《化学元素的故事》编写组编著.化学元素的故事(青少年科学馆丛书.中国出版集团，世界图书出版公司.KindleEdition.
2[美] Theodore Gray. 视觉之旅：神奇的化学元素(彩色典藏版)人民邮电出版社.
3维基百科 氟
4百度百科 氟
5维基百科 氢氟酸
6百度百科 氢氟酸
7Wikipedia, Fluorite (封面图片)
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