F2 的制备

氟(F)是卤族的一种元素，是最活泼的非金属元素。通常状况下氟气(F：)是一种浅黄绿色的气体，腐蚀性很强，有毒，是已知的最强的氧化剂之一，甚至能与某些稀有气体发生反应。

在化学元素发现史上，持续时间最长的、参与人数最多、危险性最大、工作难度最高的研究项目，莫过于单质氟的制取了。从正式确认含氟化合物氢氟酸(HF)到制备出单质氟，前后一共经历

了 1 18 年的时问。由于单质氟的化学性质极其活泼，制取和收集所用的仪器要特别耐腐蚀。而且氟的化合物具有很强的稳定性，普通方法很难获得氟的单质。特别是氟气和很多氟化物毒性都很强，许多化学家为制取单质氟而中毒，甚至有的化学家因此贡献了他们宝贵的生命。可以说，单质氟的制备是化学史上最为悲壮的一段历史。

1．艰难的探索者

德国矿物学家阿格里科拉(Georgius Agricola，1494--1555)被誉为地质学与矿物学之父，1956 年出版了他的著名遗作《冶金学》，书中介绍了萤石(CaF2)这种矿物：萤石是低熔点矿物，在钢铁冶炼过程中加入一定量的萤石，不仅可以提高炉温，除去硫、磷等杂质，而且还能同炉渣形成共熔物，增强活动性、流动性，更容易分离矿渣和金属铁。

德国人斯瓦恩哈德是从事玻璃加工的一名工人。1670 年，他无意中将萤石与硫酸混合在一起，结果产生了一种具有刺激性气味的烟雾(即氟化氢)。他发现这种生成物能腐蚀玻璃，从而研究出一种不用金刚石或其他磨料也可以在玻璃上刻蚀图案的方法。利用这种方法，斯瓦恩哈德制成了许多玻璃艺术品，成为有名的玻璃雕刻艺术家。但是对于氟化氢和腐蚀玻璃的原理，他一无所知，也不感兴趣，大概这就是典型的实用主义吧。

1768 年，德国化学家马格拉夫(1709--1782)证实萤石中不含硫。当他用酸处理萤石时发现有一种气体产生，而且这种气体能够腐蚀玻璃。后来瑞典化学家谢勒专门研究过这种气体，并确认它是一种酸。

1810 年 11 月，英国皇家学会正式同意戴维提出的“盐酸气(HCl)和氟酸气(HF)中都不含有氧，但其中含有未知的新元素”的见解。并将盐酸气中的新元素命名为“氯”，三年以后又将氟酸气中的新元素命名为 Fluorine(F，氟)，该词根取自“流石”。氯气早在 1774 年就已由谢勒制得，而单质的氟当时还没有制出，所以从此便开始了制氟的艰难历程。

4．2 惨烈的制氟历程

英国化学家戴维和法国化学家盖·吕萨克最早尝试用电解氟化氢来制取氟，结果双双都以失败告终。戴维本人还因吸入了氟化氢而严重中毒，休养多时。

19 世纪 30 年代，爱尔兰化学家诺克斯兄弟俩，曾利用一个由萤石制成的容器，让氯气与氟化汞在其中进行反应，意在制氟，结果又遭失败。接着比利时化学家劳埃特继续进行诺克斯的实验，结果更惨，他因氟化氢中毒而死亡。后来劳埃特的助手、法国化学家弗雷米(1814--1894)改用电解法制氟。1850 年，当他电解熔融的氟化钙时，在阳极上看到有气体放出，但却无法收集它。

20 年以后(1869 年)，英国化学家高尔(1826--1908)再次采用电解氟化氢制氟，结果不仅电极很快被腐蚀，而且所产生的氟立即与生成的氢进行反应，发生了爆炸。他总结失败的教训后认为，降低电解装置的温度也许能够抑制氟的活性而取得成功。

到了 19 世纪 80 年代，法国化学家弗雷米的学生穆瓦桑(1852—1927)接过了制氟的“接力棒”。他总结前人失败的种种教训，决定仍采用电解法制氟。1884 年，他经过精密的设计，先将氟化氢钾溶解在无水氟化氢中(用做电解质)，并在零下 50。C 的低温下进行电解。结果一通电阴极上就有气体释出，而阳极则毫无动静。后经检查发现用萤石制成的绝缘塞子已被腐蚀。两年以后，穆瓦桑又采用铂制的 U 形管，配以萤石做成的绝缘塞子，并将整个装置浸在氯化甲烷中重新进行电解，结果取得了成功。

1886 年 6 月 26 日是一个难忘的日子，穆瓦桑终于在他的电解装置上收集到了浅黄绿色的氟气。其化学反应式如下：

2KHF2=2KF+H2↑(负极)+F2↑(正极)

1899 年，穆瓦桑改用铜制的设备电解制氟，同样取得了成功。因为氟虽然对铜有强烈的腐蚀作用，但一旦铜的表面形成了一薄层氟化铜以后。就有了保护作用。1906 年，穆瓦桑因制氟取得成功而荣获了诺贝尔化学奖。

氟位居卤素之首，它是最活泼的非金属元素。为了制取氟单质，化学家们曾前仆后继地工作，他们有的因此而中毒，甚至献出了自己的生命，这已成为化学史上悲壮的一章。

4．3 化学制氟的成功

自从 1886 年穆瓦桑应用电解法制得氟以来，由于氟离子(F-)是极弱的还原剂，所以电解氧化法一直是制氟的首选方法。工业上常用铜或钢制的电解槽电解熔融的氟化氢钾(即 KHFz，它是 KF 和 HF 的等摩尔混合物)制氟，电解时要不断地补充无水氟化氢，并将电解所产生的氢(H2)和氟(F2)两种气体分别及时引出。

那么电解氧化法是否就是唯一的制氟方法呢?

在穆瓦桑完成电解制氟整整 100 年以后(1986 年)，化学家终于成功地实现了用化学法制氟，这也是化学上的一次重要突破。化学制氟一般分三步进行：

(1)由高锰酸钾与氟化钾、氟化氢反应，合成六氟钾锰：

4KMn04 十 4KF 十 20HF 一 4K2MnF6+10H20+302

(2)用五氯化锑(SbCl5)与氟化氢反应，合成五氟化锑：

SbCl5+5HF—SbF5+5HCl

(3)最后由六氟钾锰与五氟化锑反应制得氟单质：

2K2MnF6+4SbF5===4KSbF6+2MnF3+F2

氟是一种淡黄色的气体，有难闻的臭味。它有多种工业用途，例如，氟与碱(2％NaoH)进行反应，可制得氟化氧(OF2)：

2F2+2NaOH 一 2NaF+OF2 十 H2O

氟化氧(OF2)是极强的氧化剂，它氧化其他物质时能够释放出大量的热能，且由于它的摩尔质量小，所以是优良的火箭燃料。

六氟化铀(UF。)是一种具有挥发性的铀化合物，常用它浓缩核燃料…铀一 235。而氟化钠(NaF)则是常用的毒鼠药。

有机氟化物更具有独特的性能。例如，氟碳化合物的化学性质特别稳定，而且无臭、无毒，如氟利昂 -12(CCl2F2)是著名的致冷剂，伯龙(CBr2F2)则是高效灭火剂。聚四氟乙烯的性能稳定，而且特别耐腐蚀，因此有“塑料之王”的美誉

引自 《化学故事新编 》 - 陆鼎一编著 2007

《化学传奇 》 - 李可锋，江磊编著 2012

其他的有燃素的诞生（发现氧化后金属质量增加，奠定了化学反应的实验基础），氧化学说的诞生（发现氧气，发现了氧化反应要同时有氧化物与还原物），质量守恒（这个就不多说了），道尔顿的原子模型，以及后面的原子模型的探索。

还未解决的就太多了，现在虽然有量子力学，但还是无法计算化学反应。还有什么能源危机了，新材料了，有很多要解决的。