氟
氟( fluorine )，是一种非金属化学元素，化学符号F，原子序数9。氟是卤族元素之一，属周期系ⅦA族，在元素周期表中位于第二周期。氟元素的单质是F2，它是一种淡黄色，剧毒的气体。氟气的腐蚀性很强，化学性质极为活泼，是氧化性最强的物质之一，甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应。氟是特种塑料、橡胶和冷冻机（氟氯烷）中的关键元素。由于氟的特殊化学性质，氟化学在化学发展史上有重要的地位。
目录
基本简介
氟是一种卤族化学元素。它的化学符号是F，它的原子序数是9，分子式F2。由于原子小而挤下了9个互相排斥的电子，所以它是单质非金属元素中活性最强的。是强氧化剂、氟化剂，有极强的腐蚀性，剧毒。是卤族中腐蚀性和毒性最强的。但其化合物稳定且用处广泛，如耐腐蚀的“塑料之王”聚四氟乙烯。其化合物常用在牙膏中防蛀。
基本信息
元素名称：氟
拼音：fú
英文名：fluorine
元素符号：F
元素相对原子质量：18.9984032
元素类型：非金属
CAS号 7782-41-4
EINECS号 231-954-8
原子体积：(立方厘米/摩尔)12.6
密度：(千克/立方米)：1516（85K，液态），1.696（273.15K，气态）
元素在太阳中的含量：(ppm) 0.5
元素在海水中的含量：(ppm)
太平洋表面 0.0001
地壳中含量：（ppm）950
质子数：9
中子数：10
原子序数：9
所属周期：2
所属族数：ⅦA
氧化态：Main F-1
核电荷数：9
电负性：4（鲍林标度）
电子层分布：2-7
电子层：K-L
外围电子层排布：2s² 2p5
历史简介
早期的化学家意识到金属氟化物包含类似氯的未知元素，但他们没办法提取出来。（法国科学家，André Ampère创造了名字fluorine（氟）在1812年。）即使伟大的Humphry Davy（汉弗莱·戴维）也没能制取出这个元素，而且他因为试图从氢氟酸中提取它而生病。
英国化学家George Gore在1869年让电流通过液态HF，但发现释放出的气体会与他的仪器剧烈反应。他认为那就是氟，但没能收集并证明它。之后在1886年法国化学家Henri Moissan通过电解溶解在液态HF中的氟氢化钾（KHF2）获取了它。
基本性质
氟是一种具有极强腐蚀性的淡黄色双原子气体。是自然界电负性最强的元素（3.98鲍林标度），也是最强的单质氧化剂。在常温下，能同绝大多数元素单质发生化合反应，并剧烈放热。和氢气即使在-250摄氏度的黑暗中混合也能发生爆炸，故液氟和液氢也用作高能火箭的液体燃料。由于氟的电负性是所有元素中最强的（鲍林标度），因此在所有的化合物中，氟都显-1氧化态，一化合价。在少量氟气通过冰面时反应生成不稳定的氟氧酸（HOF），其中的F仍为-1氧化态氧为0价，氢为+1还原态。
由于氟的高度活性，稀有气体的化合物也是最早从氟或含氟化合物开始制备的。最早得到的是六氟合铂酸氙（XePtF6），此后还得到XeF2、XeF6、XeO3以及氪的氟化物等。此外，氟单质也用于获得一些高价的过渡金属化合物，比如Cs2CuF6、AuF5、UF6等。
氟及其一些化合物都有毒和较强的腐蚀性。氢氟酸可以腐蚀玻璃。而氟离子在人体组织内有渗透性。氢氟酸接触皮肤如不及时处理可以腐烂至骨而造成永久性的损伤，而氟离子可以和钙离子结合而使人发生中毒。而且氢氟酸的灼伤不易被发觉，一般是麻痹1-2小时后才有疼痛感。一旦接触氢氟酸，应该立即用大量水冲洗，并涂上20%氧化镁的甘油悬浮液。而FSO3H、SbF5等化合物具有远强于硫酸等一般强酸的酸性，特定比例的混合物甚至可以分解石蜡。参见超强酸。
一般单质氟气以特制铜镍合金钢瓶贮存。在有机化学中使用氟气可以直接氟化羰基、羟基等官能团，其中使用的是掺有5%或10%氟的干燥氮气。
基本用途
制造含氟高分子材料（如聚四氟乙烯塑料、含氟质子交换膜如杜邦公司Nafion膜等）。含氟农药。由于有机分子中的氟原子和三氟甲基等有强的亲酯性，故在农药分子中引入氟原子可以显著降低其用量。氟碳相的应用。利用氟碳相在高温与有机相互溶、低温下则不互溶的性质，可以用于萃取有机相中的含氟化合物。也可以由此特性使用亲氟或含氟的催化剂，在反应过程中使包含催化剂的氟碳相和有机相互溶，而反应完成后则降温，使大部分催化剂仍然留在氟碳相中，从而节约催化剂的用量。不少商家在牙膏中加入含氟化合物，可以有效防止蛀牙。氯氟碳化合物（氟氯代烷）（俗称氟里昂Freon）或者溴氟碳化合物等。被用作灭火剂和空调制冷剂。需要指出的是，导致臭氧层分解的是氟里昂因光解产生的氯自由基，而非氟原子。所以现在一些绿色冰箱制造商所打的“不含氟”口号容易造成“氟元素破坏臭氧层”的误解。其中的“氟”应为含氯的“氟里昂”。六氟化铀（UF6），用于使用气体扩散法分离同位素U-235和U-238。和Pu-239一样，前者可以用于制造核弹。当一定形状的U-235超过临界质量后，中子可以引发其链式反应而瞬间释放巨大能量。后者U-238则只能用于增殖弹。气体扩散法利用六氟化铀-235和六氟化铀-238分子质量的微小差异，通过扩散来富集前者。由于扩散速率和分子量的平方根成反比，所以这个方法需要庞大且耐腐蚀（六氟化铀易水解，并释放出有毒且腐蚀性的UO2F2和HF）的设备，因而代价高昂。二战时美国的“曼哈顿工程”就是通过这个方法浓缩到足够制造核弹的U-235的。人造血液。一些全氟醚类化合物可以携带氧气和部分人体需要的养料和排泄物等。在需要全身换血时，可以用它暂时代替病人体内的血液；由于其挥发性，待几天后可自行排出。因为全氟化合物很稳定，一般很少有毒副作用。
制造含氟高分子材料（如聚四氟乙烯塑料、含氟质子交换膜如杜邦公司Nafion膜等）。
含氟农药。由于有机分子中的氟原子和三氟甲基等有强的亲酯性，故在农药分子中引入氟原子可以显著降低其用量。
氟碳相的应用。利用氟碳相在高温与有机相互溶、低温下则不互溶的性质，可以用于萃取有机相中的含氟化合物。也可以由此特性使用亲氟或含氟的催化剂，在反应过程中使包含催化剂的氟碳相和有机相互溶，而反应完成后则降温，使大部分催化剂仍然留在氟碳相中，从而节约催化剂的用量。
不少商家在牙膏中加入含氟化合物，可以有效防止蛀牙。
氯氟碳化合物（氟氯代烷）（俗称氟里昂Freon）或者溴氟碳化合物等。被用作灭火剂和空调制冷剂。需要指出的是，导致臭氧层分解的是氟里昂因光解产生的氯自由基，而非氟原子。所以现在一些绿色冰箱制造商所打的“不含氟”口号容易造成“氟元素破坏臭氧层”的误解。其中的“氟”应为含氯的“氟里昂”。
六氟化铀（UF6），用于使用气体扩散法分离同位素U-235和U-238。和Pu-239一样，前者可以用于制造核弹。当一定形状的U-235超过临界质量后，中子可以引发其链式反应而瞬间释放巨大能量。后者U-238则只能用于增殖弹。气体扩散法利用六氟化铀-235和六氟化铀-238分子质量的微小差异，通过扩散来富集前者。由于扩散速率和分子量的平方根成反比，所以这个方法需要庞大且耐腐蚀（六氟化铀易水解释放出有毒且腐蚀性的UO2F2和HF）的设备，因而代价高昂。二战时美国的“曼哈顿工程”就是通过这个方法浓缩到足够制造核弹的U-235的。
人造血液。一些全氟醚类化合物可以携带氧气和部分人体需要的养料和排泄物等。在需要全身换血时，可以用它暂时代替病人体内的血液；由于其挥发性，待几天后可自行排出。因为全氟化合物很稳定，一般很少有毒副作用。
安全信息
危险类别：2.3
海关编码：2801301000
危险品运输编码：UN 1045/9192
危险类别码：7-26-35
安全说明：S9-S26-S36/37/39-S45
危险品标志：T+,C
物理性质
氟在标准状态下是淡黄色气体，液化时为黄色液体。 在-252℃时变为无色液体。 由于氟的特殊化学性质，导致其物理性质的测定的难度较大，一些数据的准确性并不是很高，下面的数据采用了参考资料中的最新数据或时间相近数据中有效数字位数较多者。 原子半径：71pm（F-F），64pm（F-C）；
离子半径：133pm；
密度：1.696g/L（273.15K，0℃）；
熔点：-219.66℃ ；
熔化热：510.36±2.1J·mol-1；
沸点：-188.12℃ ；
气化热：6543.69±12.55J·mol-1（84.71K，9.81kPa）；
溶解度：与水反应 ；
临界温度：144K；
临界压力：55atm；
热导率：W/（m·K） 27.7。
化学性质
电子层排布：[He]2s2 2p5 ；
主氧化态：F（-I），F（0）
电负性：3.98（鲍林标度） ，4.10（阿莱-罗周标度） ，3.91（马利肯标度） ；
晶体结构：简单立方；晶胞参数：a = 550 pm，b = 328 pm，c = 728 pm，α=β =γ= 90°；
化学键能（kJ /mol）：F-F：159；F-H：569 ；F-O：190；F-N：272；F-C：456 ；F-B：644 [3] ；F-Al：582 ；
亲和能：328.16kJ·mol-1；
电离能（kJ/ mol）：I1：1681.0 ；I2：3374；I3： 6050；I4：8408；I5：11023；I6：15164；I7：17867；I8：92036；:I9：106432；
单质解离能：157.7kJ·mol-1；
F-水和能：-506.3kJ·mol-1；
标准熵：F：158.6J·mol-1·K-1，F2:202.5J·mol-1·K-1；
标准电极电势：E∅（F₂/HF）=3.053V，E（F₂/F-）=2.87V。
氟是已知元素中非金属性最强的元素，这使得其没有正氧化态。 氟的基态原子价电子层结构为2s2 2p5，且氟具有极小的原子半径，因此具有强烈的得电子倾向，具有强的氧化性，是已知的最强的氧化剂之一。
氟的卤素互化物有ClF、ClF3、BrF3、IF5等。
与单质的反应
氢与氟的化合反应异常剧烈，即使在-250℃的低温暗处下，也可以与氢气爆炸性化合，生成氟化氢 。 不但是氢气，氟可以与除O、N、He、Ne、Ar、Kr以外所有元素的单质反应，生成最高价氟化物。 除具有最高价态的金属氟化物和少数纯的全氟有机化合物外，几乎所有化合物均可以与氟反应。即使是全氟有机化合物，如果被可燃物污染，也可以在氟气中燃烧。大多数有机化合物与氟的反应将会发生爆炸，碳或大多数烃与过量氟的反应，将生成四氟化碳及少量四氟乙烯或六氟丙烷。 由于氟强烈的氧化性，氟甚至可以和氙直接化和。由于反应条件的不同，产物可以是XeF2，XeF4，XeF6。 通常，由于氮对氟而言是惰性的，可用作气相反应的稀释气。氮和氟用辉光放电法可以化合为NF3。 氟在与铜、镍或镁反应时，金属表面会形成致密的氟化物保护膜以阻止反应，因此氟气可保存在这些材料制成的容器中 。
与化合物的反应
- 氟气与水的反应复杂，主反应为：生成氟化氢和氧，副反应生成少量的过氧化氢、二氟化氧和臭氧 。
- 氟与氨气的反应为：但若氨气过量，除了生成NF3，还会生成N2F4，HNF2和N2F2等，若上述反应过于激烈，也只能得到氮气： 。
- 氟与一氧化氮反应，生成氟化亚硝酰： 。
- 氟与无水亚硝酸钠在加热条件下，或是令二氧化氮在氟中燃烧，可以得到氟化硝酰： ， 。
- 氟与稀释的叠氮化氢反应，生成叠氮氟化物： 。
- 一般情况下，氧与氟不反应，但存在两种已知的氧氟化物，即OF2和O2F2。在2%的氢氧化钠溶液中通入氟，可以得到OF2： 氟气通过冰水的表面，可以制得次氟酸（HOF）。
- 通常氟与有机物反应会因过于剧烈而只能得到简单有机氟化物，但如果将氟稀释一定比例，也可以发生类似氯和溴的有机加成反应或是有机取代反应。
- 二氧化硅在氟气中可燃烧，生成氧： 。
- 氟还可以从许多含卤素的化合物中取代其它卤素。
- F的一些特殊性质可以从以下几个方面进行解释：
- F的电负性最大；
- 标准电极电势 F2/F-最大；
- F的原子半径小，因此氟分子中孤对电子的排斥力相当大，并且氟无可利用的d轨道，因此不能形成d-pπ键，使得F-F键键能非常小 ；
- 氟化物中，氟与其他元素形成的化学键非常强，离子型的卤化物中，一般氟化物晶格能U最大；共价型卤化物中，一般氟化物△fGm最负 。
其它
一些含氟化合物具有极强的路易斯酸性，例如BF3，SbF5等，将SbF5溶于液态氟化氢，可以得到氟锑酸，这是一种超强酸。
氟化合物的安全
氟化合物对人体有害，少量的氟（150mg以内）就能引发一系列的病痛，大量氟化物进入体内会引起急性中毒。因吸入量不同，可以产生各种病症，例如厌食、恶心、腹痛、胃溃疡、抽筋出血甚至死亡。若中毒量不足致死，人体可以迅速从氟中毒中恢复，尤其在使用静脉注射或是肌肉注射葡萄糖酸钙治疗时，约有90%的氟可被迅速消除，剩余的氟则需要时间除去。经常接触氟化物，容易导致骨骼变硬、脆化，牙齿脆裂断落等症状，部分地区饮水中含氟量过大也容易导致氟中毒。 痕量的氟有利于预防龋齿，若水中的氟含量小于0.5ppm，龋齿的病发率会达到70%~90%。 但如果饮用水中含氟量超过1ppm，牙齿则会逐渐产生斑点并变脆。 饮用水中氟含量超过4ppm时，人易患氟骨病，导致骨髓畸形。降低饮用水中氟含量的方法是煮沸饮用水。 不溶性的氟化物毒性低，对皮肤无刺激，但若吸入大量粉尘，则容易被人体吸收而慢性中毒。可溶性的氟化物被吸收后可迅速排出，一次吞服5~10g则会引起胃肠出血而死亡。酸性氟化物，例如氢氟酸，氟硼酸等会剧烈腐蚀皮肤，接触处会发生红肿并蔓延，产生难以愈合的溃疡。单质氟、氟化氢等气体对人眼、鼻有刺激，吸入量过大则会引起严重的气管炎和肺水肿，导致死亡。 接触氟化物工作的人最严重和最危险的是脸部和皮肤接触氟和氟化物。因此在使用氟和氟化物时必须遵守操作流程，并有可靠的安全措施，包括操作用具、橡皮手套，有遮盖的防护面罩和有防酸性气体的防毒面具。工作场所应有良好的通风设施，对于反应活性大的物品应有防爆装置。被氟化氢与其他氟化物灼伤时要及时处理灼伤部位先用大量水冲洗，再用甘油氧化镁涂敷，最妥善的方法是立即在患处注射葡萄糖酸钙，使氟被固定为不溶性的氟化物。 此外使用六氟灵冲洗是处理氢氟酸事故的良好方法，六氟灵的原理是通过中和反应和配位作用减少人体内的氢离子与氟离子数量。 一部分有机氟化物的毒性很大，其中对于含氟羧酸，结构通式为F（CH2）nCOOH，若n为奇数则该有机物是极毒的，n为偶数时毒性很小甚至无毒。 在2013年11月底发生过快递运送氟乙酸甲酯而致人死亡的事件 ，其中氟乙酸甲酯的氟乙酸部分n=1。
世界纪录
世界上最活泼的非金属元素：氟元素是一种淡黄色，剧毒的气体。氟气的腐蚀性很强，化学性质极为活泼，是氧化性最强的物质之一，甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应。（吉尼斯世界纪录）
参考资料
1.宋天佑等．无机化学（第二版）下册．北京：高等教育出版社，2010
2. 吴国庆等．无机化学（第四版）下册．北京：高等教育出版社，2003
3. 钟兴厚、萧文锦、袁启华、娄润和．无机化学丛书 第六卷．北京：科学出版社，1995
4. 张祖德．无机化学（修订版）．合肥：中国科技大学出版社，2010
5. 严宣申，王长富．普通无机化学．北京：高等教育出版社，1999
6. 山东警方：圆通快递事件死者系氟乙酸甲酯中毒 ．新华网．2014-01-11[引用日期2014-02-11]
7. 邢其毅、裴伟伟、徐瑞秋、裴坚．基础有机化学．北京：高等教育出版社，2005
8. 氟（图） ．数字中国[引用日期2013-11-02]
9. 德国科学家首次证实自然界中存在氟气 ．浙江大学求是新闻网，转发中国科学报[引用日期2015-01-24]
10. 宋天佑等．无机化学（上册）第二版．北京：高等教育出版社，2010
11.化学元素周期表【氟】