氟在自然界的循环.doc

氟在自然界的循环氟元素名称：氟元素原子量：19.00元素类型：非金属发现人：莫瓦桑 发现年代：1886年自然界的氟多是化合态，主要有：萤石(CaF2)、氟磷灰石【Ca5(PO4)3F】、冰晶石(Na3AlF6)等。它们都是重要的化工原料,广泛应用于炼铝、磷肥、钢铁以及有机氟高级润滑油。火箭推进剂的二氟化氧。氟化肼等工业生产中。上述工业生产中所排出的含氟废水、废气和废渣都能造成环境污染。煤的燃烧也会排放出大量含氟废气。1886年，法国的莫瓦桑，在铂制U型管中，用铂铱合金作电极，电解干燥的氟氢化钾，制得氟。氟元素的电负性太大,所以不能以游离态存在于自然界中,多以负一价的离子形式存在,如萤石(CaF2)氢氟酸(HF)等,溶于水水的氟的离子化和物很少所以常见的电解氟单质在铅皿容器中使用电解法电解熔融的NaHF2,以制取F2 氟在地壳的存量为0.072%，克拉克值0.0625，存在量的排序数为12，自然界中氟主要以萤石(Fluorite)存在，其主要成分为氟化钙(CaF2)、冰晶石(3NaF.AlF3)及以氟磷酸钙Ca5F(PO4)3为主的矿物。 化学元素发现史上，持续时间最长、参加人数最多、危险最大、工作最难的研究课题，莫过于氟单质的制取了。自1810年安培指出氢氟酸中含有一种新元素氟，到1886年法国化学家莫瓦桑制得单质氟，历时76年之久。为了制取氟气，进而研究氟的性质，许多化学家前仆后继，为后人留下了一段极其悲壮的历史。他们不惜损害自己的身体健康，甚至被氟气或氟化物夺去了宝贵的生命。 早在十六世纪，人们就开始利用氟化物了。1529年阿格里柯拉就描述过利用萤石(氟化钙)作为熔矿的熔剂，使矿石在熔融时变得更加容易流动。1670年，玻璃加工业开始利用萤石与硫酸反应所产生的氢氟酸腐蚀玻璃，从而不用金刚石就能在玻璃上刻蚀出人物、动物、花卉等图案。1768年马格拉夫发现萤石与石膏和重晶石不同，判断它不是一种硫酸盐。他用浓硫酸处理萤石得到了氟化氢。1771年化学家舍勒用曲颈甑加热萤石和浓硫酸的混合物，曾发现玻璃瓶内壁被腐蚀。后来很多化学家研究氢氟酸，发现它的性质很象盐酸，比盐酸稳定，但它对玻璃和一些硅酸盐矿物的腐蚀性却很强。另外，它有剧毒，挥发出的蒸气更危险。 1810年，戴维确认氯气是一种元素而非化合物的同时，也指出酸中不一定含有氧元素。这一突破性的见解给法国物理学家、化学家安培很大的启发。他根据对氢氟酸性质的研究指出，其中可能含有一种与氯相似的元素。他将这种未知的元素称为“fluorine（氟）”，意思是有强腐蚀性的。氟化氢就是这种元素与氢的化合物。他将这一观点告诉戴维，反过来启发戴维用他强有力的伏打电堆致力于制备纯净的氟元素。由此我们看到科学家间的相互交流对科学的发展具有多么大的意义！没有交流就没有科学的发展。 当溴、碘被陆续发现后，人们将各种氟化物与相应的其它卤化物对比，发现它们有极相似的性质，故判断氟、氯、溴、碘属于同类型的元素，并测得了氟的原子量为19。于1864年发表的元素表中就列出了氟的正确的原子量。但这时距离电解分离出氟气还差二十二年。性质呈苍黄色气体，密度1.69克/升，熔点-219.62，沸点-188.14，化合价-1，氟的电负性最高，电离能为17.422电子伏特，是非金属中最活泼的元素，氧化能力很强，能与大多数含氢的化合物如水、氨和一切无论液态、固态、或气态的化学物质起反应。与水的反应很复杂，主要氟化氢和氧，以及较少量的过氧化氢，二氟化氧和臭氧产生，也可在化合物中置换其他非金属元素。可以同所有的非金属和金属元素起猛烈的反应，生成氟化物，并发生燃烧。有极强的腐蚀性和毒性，操作时应特别小心，切勿使它的液体或蒸气与皮肤和眼睛接触。属于卤素的在化合物中显负一价的非金属元素,通常情况下氟气是一种浅黄绿色的、有强烈助燃性的、刺激性毒气,是已知的最强的氧化剂之一，是非金属中最活泼的元素，氧化能力很强，能与大多数含氢的化合物如水、氨和除氦、氖氩氮氧外一切无论液态、固态、或气态的化学物质起反应。氟气与水的反应很复杂，主要氟化氢和氧，以及较少量的过氧化氢，二氟化氧和臭氧产生，也可在化合物中置换其他非金属元素。可以同所有的非金属和金属元素起猛烈的反应，生成氟化物，并发生燃烧。有极强的腐蚀性和毒性，操作时应特别小心，切勿使它的液体或蒸气与皮肤和眼睛接触。氟是化学性质最活泼、氧化性最强的物质，氟能同几乎所有元素化合；氟在常温下可以和除惰性气体，氮，氧，氯，铂，金等贵金属外的所有金属和非金属发生剧烈反应，也可以和除全氟有机物外的所有有机物发生剧烈反应；受热的情况下，氟可以和包括金铂等惰性金属在内的所有金属剧烈反应，和除氦氖氮氧外的所有非金属发生剧烈反应，在特殊条件下可以和氪和氧发生反应。氟离子体积小，容易与许多正离子形成稳定的配位化合物；氟与烃类会发生难以控制的快速反应，氟与NaOH反应：2NaOH+2F2=2NaF+H2O+OF2，氟与水反应：2H2O+2F2 氟气是已知的最强的氧化剂。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，几乎所有有机物和无机物均可以与氟反应。即使是全氟有机化合物，如果被可燃物污染，也可以在氟气氛中燃烧。 氢与氟的化合物异常剧烈，反应生成氟化氢。一般情况下，氧与氟不反应。尽管如此，还是存在两种已知的氧氟化物，即OF2和O2F2。由卤素自身形成的化合物有ClF、ClF3、BrF3、IF5。如上所述，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。通常，氮对氟而言是惰性的，可用作气相反应的稀释气。氟还可以从许多含卤素的化合物中取代其它卤素。大多数有机化合物与氟的反应将会发生爆炸。氟的化合价 氟的化合价一般为-1价，在以单质存在是为零价（但是很难的F在常温阴暗处可以H2剧烈化合）目前没有发现氟有正价。氟化物中的氟离子都是-1价，一般不能被氧化成氟单质，但是已知二氟化二氧在低温下就可以将三氟化硼，五氟化磷等少量氟化物氧化 2O2F2 + 2PF5 2O2+PF6 + F2 该反应中，氧的化合价反应前为+1价，反应后为+0.5价，氟的化合价反应前为-1价，反应后一部分升高到0价，生成氟气单质元素来源：可从电解熔融的氟化钾和无水氟化氢的混合物中制得。元素用途：含氟塑料和含氟橡胶等高分子，具有优良的性能，用于氟氧吹管和制造各种氟化物。元素辅助资料：正是经过19世纪初期的化学家发反复分析，肯定了盐酸的组成，确定了氯是一种元素之后，氟就因它和氯的相似性很快被确认是一种元素，相应的存在与氢氟酸中。虽然它的单质状态一直拖延到19世纪80年代才被分离出来。氟和氯一样，也是自然界中广泛分布的元素之一，在卤素中，它在地壳中的含量仅次于氯。早在16世纪前半叶，氟的天然化合物萤石（CaF2）就被记述于欧洲矿物学家的著作中，当时这种矿石被用作熔剂，把它添加在熔炼的矿石中，以降低熔点。因此氟的拉丁名称 fluorum从fluo（流动）而来。它的元素符号由此定为F。拉瓦锡在1789年的化学元素表中将氢氟酸基当作是一种元素。到1810年戴维确定了氯气是一种元素，同一年法国科学家安培根据氢氟酸和盐酸的相似性质和相似组成，大胆推断氢氟酸中存在一种新元素。他并建议参照氯的命名给这种元素命名为fluorine。但单质状态的氟却迟迟未能制得，直到1886年6月26日，才由法国化学家弗雷米的学生莫瓦桑制得。莫瓦桑因此获得1906年诺贝尔化学奖，他是由于在化学元素发现中作出贡献而获诺贝尔化学奖的第二人。比较一下氯和氟的发现史，是很有意义的。氯在它的单质被分离出来30多年后才被确认为是一种元素；而氟在没有被分离出单质状态以前就被确认为是一种元素了。这一史实说明在人们对客观事物的认识过程中，逐渐掌握了它们的一些规律后，就能更快、更清楚地认识它们。单质常温下为淡黄色的气体，极毒，与水反应立即生成氢氟酸和氧气并发生燃烧，同时能使容器破裂，量多时有爆炸的危险。氟、氟化氢和氢氟酸对玻璃有较强的腐蚀性。氟是氧化性最强的元素，只能呈-1价。单质氟与盐溶液的反应，都是先与水反应，生成的氢氟酸在与盐的反应，通入碱中可能导致爆炸。水溶液氢氟酸是一种弱酸。但却是腐蚀性最强的氢卤酸，如果皮肤粘到，将一直腐蚀到骨髓。氟可与所有元素发生反应（除氦、氖、氩）。氟对人体的作用氟是人体内重要的微量元素(微量元素产品，微量元素资讯)之一，氟化物是以氟离子的形式，广泛分布于自然界。骨和牙齿中含有人体内氟的大部分，氟化物与人体生命活动及牙齿、骨骼组织代谢密切相关。氟是牙齿及骨骼不可缺少的成分，少量氟可以促进牙齿珐琅质对细菌酸性腐蚀的抵抗力，防止龋齿，因此水处理厂一般都会在自来水、饮用水中添加少量的氟。据统计，氟摄取量高的地区，老年(老年营养产品，老年营养资讯)人罹患骨质疏松症的比率以及龋齿的发生率都会降低。曾有长期饮用加氟水会致癌(抗癌产品，抗癌资讯)的说法，目前这种说法已被美国国家癌症协会否定了，所以大家尽可以放心。牙齿的保护伞-氟 建议日摄取量： 建议的每日摄取量尚未确定。大多数的人都在饮用经过氟处理过的饮水，每天可从中摄取 1 2mg 的氟。 人体对氟的需要量 食物来源： 鳕鱼、鲑鱼、沙丁鱼等海鲜类食物、茶叶、苹果、牛奶、蛋、经过氟处理过的饮水等. 需要人群： 老年人骨钙(补钙产品，补钙资讯)流失较多，易发生骨质疏松症，注意氟的摄取对身体有益； 青少年的牙釉质还很脆弱，加之又较喜好甜食，易发生龋齿，补氟十分必要。 缺乏症： 龋齿、骨质疏松、骨骼生长缓慢、骨密度和脆性增加是缺氟的主要表现，另外还可能造成不孕症或贫血。 过量表现: 氟中毒：主要表现为氟骨症和氟斑牙。氟斑牙：牙齿畸形、软化、牙釉质失去光泽、变黄；氟骨症：骨骼变厚变软、骨质疏松、容易骨折。氟中毒晚期往往有慢性咳嗽、腰背及下肢疼痛、骨质硬化、肌腱、韧带钙化和关节(关节产品，关节资讯)囊肥厚、骨质增生、关节变形等。另外，机体代谢过程中所需要的某些酵素系统会被破坏，导致多器官病变。 功效 防止龋齿 增强骨骼，预防骨质疏松症 氟的简介 氟属于卤素的一价非金属元素,正常情况下是一种浅黄色的、可燃的、刺激性毒气,是已知的最强的氧化剂之一，元素符号F。氟气为苍黄色气体，密度1.69克/升，熔点-219.62，沸点-188.14，化合价-1。氟是非金属中最活泼的元素，氧化能力很强，能与大多数含氢的化合物如水、氨和除氦、氖、氩外一切无论液态、固态、或气态的化学物质起反应。氟与疾病和健康的研究已有近百年的历史，氟以少量且不同浓度存在于所有土壤、水及动植物中，食物均含有氟。氟是人体所必需的微量元素，过量又可引起中毒。目前已知与氟化物相关联的组织与骨和牙釉质。氟已被证实是唯一能降低儿童与成年人龋齿患病率和减轻龋齿病情的营养素。人体内约有0.007%。 食物来源 般情况下，动物性食品中氟高于植物性食品，海洋动物中氟高于淡水及陆地食品，鱼和茶叶氟含量很高。 代谢吸收 膳食和饮水中的氟摄入人体后，主要在胃部吸收。氟的吸收很快，吸收率也很高。氟的吸收还受几种膳食因素的影响。铝盐、钙盐可降低氟在肠道中吸收，而脂肪水平提高可增加氟的吸收。氟一旦被吸收，即进入血液，分布到全身，并有部分排出体外，从血浆来的氟与钙化的组织形式复合物，此外还分布于软组织的细胞内外间隙。肾脏是无机氟排泄的主要途径。 生理功能 1.氟在骨骼和牙齿的形成中有重要作用。氟是牙齿的重要成分，氟被牙釉质中羟磷灰石吸附后，在牙齿表面形成一层抗酸性腐蚀的、坚硬的氟磷灰石保护层 ，有防止龋齿的作用。 2.人体骨骼固体的60%为骨盐，而氟能与骨盐结晶表面的离子进行交换，形成氟磷灰石而成为骨盐的组成部分。骨盐中的氟多时，骨质坚硬，而且适量的氟有利于钙和磷的利用及骨骼中沉积，可加速骨骼成长，促进生长，并维护骨骼的健康。 需要人群 1.老年人骨钙流失较多，易发生骨质疏松症，注意氟的摄取对身体有益。 2.青少年的牙釉质还很脆弱，加之又较喜好甜食，易发生龋齿，补氟十分必要。 生理需要 成年人适宜摄入量为1.5mg/d，最高可耐受摄入量为3.0mg/d。 过量表现 急性氟中毒的症状和体征为恶心、呕吐、腹泻、腹痛、心功能不全、惊厥、麻痹以及昏厥。长期摄入低剂量的氟所引起的不良反应为氟斑牙，而长期摄入高剂量的氟则可引起氟骨症。3 氟对环境的危害危害氟有高度生物活性，对许多生物具有明显毒性。严重的氟污染能直接危害动、植物（见大气污染对植物的影响）。陆生植物和水生生物能富集环境中的氟污染物，因此即使在污染程度不高时，家畜也可能通过食物链而受到危害。氟化物在人休内会干扰多种酶的活性，抑制骨磷化酶或与体液中的钙离子结合成难溶的氟化钙，导致钙、磷代谢紊乱等在自然状态下，土壤、海水、地面水、地下水都含氟。地下水含氟量一般为1.03.0毫克升，高氟区可达1020毫克升。高氟区居民长期饮用高氟水，会出现牙齿和骨骼氟中毒。因发病有明显的地区性，这类氟中毒被称为地方性氟中毒。饮用水含氟量高有无致畸作用、致突变作用和致癌作用至今尚无定论。此外，氟污染可以使动、植物中毒，影响农业和牧业生产。预防措施为了控制过量氟对人体健康的危害，要严格控制氟的排放量。中国工业企业设计卫生标准规定居住区大气氟化物（换算为氟）一次最高容许浓度为0.02毫克米,日平均最高容许浓度为0.007毫克米。地面水氟（无机化合物）最高容许浓度为1.0毫克升。生活饮用水中氟化物最高容许浓度为1.0毫克升,适宜浓度为0.51.0毫克升。有些国家在低氟地区饮水中加氟，以预防龋齿，但有些国家反对这种做法。编辑本段地方性氟污染我国的地方性氟中毒主要分为3种：第1种是饮水型氟中毒，这是病区分布最广泛、患病人数最多的一种类型，主要分布于淮河、秦岭、昆仑山以北的广大地区。对人体的危害人体内的氟直接来自饮水、食物和空气。经口摄入的氟化物被胃肠吸收，吸收率约为8097。吸收率视氟化物的溶解度和膳食成分等而定。空气中氟化物有气态氟和尘态氟两种。气态氟由呼吸道摄入，几乎全部被肺吸收并进入血循环；尘态氟则按颗粒大小分别沉积在上呼吸道、气管和肺泡内。进入血循环的氟被排泄出去和蓄积下来的约各占一半。氟的排泄主要通过肾脏（约占85），其次是胃肠道，少量从汗腺排出。故尿氟常作为环境医学监测的重要指标。成年人体内氟的总含量约为2.57克，其中96以上蓄积在骨和齿等硬组织中。高浓度氟(如氟化氢)污染可刺激皮肤和粘膜，引起皮肤灼伤、皮炎、呼吸道炎症。低浓度氟污染对人畜的危害主要为牙齿和骨骼的氟中毒。牙齿氟中毒表现为牙齿着色、发黄、牙质松脆、缺损或脱落。骨骼氟中毒表现为腰腿疼、骨关节固定、畸形,X射线检查发现骨质密度增加，关节、韧带钙化等。近年研究表明，氟化物对人体的毒作用不局限于骨和齿。氟是一种原生质毒物，易透过各种组织的细胞壁与原生质结合，具有破坏原生质的作用。动物实验表明，氟可以抑制脂肪酶、骨质磷酸酶和尿素酶等酶的活性，引起物质代谢紊乱。氟还可使甲状旁腺代偿性增生，干扰骨的钙磷代谢。大量氟能使实验动物的肾结构改变，并降低肾小管功能。但对人体来说,氟对肾的损害并不明显。氟中毒造成骨硬化,韧带、关节囊钙化，椎管及椎间孔变窄后，可压迫脊髓神经根而导致麻痹、瘫痪。实验氟中毒可损害心肌，使细胞线粒体断裂和肌原纤维变性。氟还可抑制内分泌作用，对生殖腺、肾上腺和胰腺产生不良影响。另据报道，经空气氟染毒，大鼠骨髓细胞染色体的畸变率会增加。染色体畸变涉及遗传基因，因而引起广泛的注意。对植物的危害氟化氢最初是引起植物呼吸变化，也影响植物光合作用，影响碳水化合物、有机酸、氨基酸代谢。对植物来说，氟化氢最凶悍的作用莫过于对植物细胞膜的全面破坏。一般选择含钙化合物(氯化钙、氢氧化钙)作为第一类氟污染防护剂，因为氟化物对植物的伤害与自由基活动密切相关，可选择自由基清除剂苯甲酸钠和抗坏血酸作为氟污染的第二类防护剂。喷洒千分之零点五的氢氧化钙溶液防护效果最好，这个浓度最好不要超过千分之一，对植物有损害的氟污染的形成氟化合物主要以气体和含氟飘尘形式污染大气。电镀、金属加工等工业的含氟废水，以及用洗涤法处理含氟废气的洗涤水，排放后可造成水污染。用含氟废水灌溉，含氟尘埃的沉降，以及土壤中的空气与受氟污染的大气的交换，使土壤和地下水受到污染。土壤中的氟化物能逐渐积累。 氟化氢气体能很快与大气中水分结合，形成氢氟酸气溶胶。四氟化硅在大气中与水蒸汽反应形成水合氟化硅和易溶于水的氟硅酸。降水可把大气中的氟化物带到地面。许多种无机氟化物在大气中都能很快被水解，并通过冷凝或成核过程而降落下来。碱性金属氧化物与氟化物作用能降低氟化物的溶解度，从而减小毒性。大气中含有二氧化硫等酸性污染物所引起的变化则相反。无机氟化物还能被一些植物转化为毒性更大的有机氟化物，如氟乙酸盐和氟柠檬酸盐。 污染来源自然界的氟多是化合态，主要有：萤石(CaF2)、氟磷灰石【Ca5(PO4)3F】、冰晶石(Na3AlF6)等。它们都是重要的化工原料,广泛应用于炼铝、磷肥、钢铁以及有机氟高级润滑油。火箭推进剂的二氟化氧。氟化肼等工业生产中。上述工业生产中所排出的含氟废水、废气和废渣都能造成环境污染。煤的燃烧也会排放出大量含氟废气。结束语：氟中毒防治，任重而道远 我国平均约每人就有一名氟中毒患者 氟中毒已经成为我国危害最严重的地方性疾病之一。卫生部、发展改革委员会和财政部联合发布的全国重点地方病防治规划（年）中提供的数据称，截至年底，中国流行的各类地方病中，氟中毒患者数量最大。全国有氟斑牙患者万人、氟骨症患者万人。如果按照我国亿人口计算，平均约每人就有一名氟中毒患者。 氟中毒患者有两种主要症状，氟斑牙和氟骨症。氟斑牙患者的牙釉质失去透明性，浑浊或者有大小不等的白斑，再严重就会变得像石灰一样，完全失去光泽。重度的氟斑牙患者牙齿变黄变黑，表面釉层出现大大小小的凹坑。 氟骨症患者则更为痛苦，骨质发生硬化，腰背疼痛，背部和手臂不能弯曲，最后瘫痪在床，完全丧失生活自理能力。在氟中毒的各种类型中，只发生在我国西南地区的燃煤污染型氟中毒的危害最严重，而且至今没有既有效又普遍可行的防病措施。 贵州省是我国燃煤污染型氟中毒最为严重的地区。根据年全国地方病年报统计，贵州省共有氟斑牙患者余万人，岁儿童氟斑牙患病人数万人。贵州省的个县市中，个县有燃煤污染型氟中毒流行，另外有个县局部流行。贵州省毕节地区的个县全是燃煤污染型氟中毒的重病区，平均氟斑牙的检出率达到。 氟中毒的重病区往往是经济最贫困，生态环境最为脆弱的地区。疾病不仅损害了当地群众的身体健康，而且严重制约了当地经济的发展，成为国家扶贫攻坚的难题。 年，在贵州省威宁石门坎教会医院工作的医生里兹，在国际权威医学杂志柳叶刀上发表文章认为，贵州地区氟中毒的原因是水中含氟量过高。这个分析结果后来被证明是错误的。 年来，科学家追踪氟中毒真凶的脚步从未停止过，凶手的面目也越来越清晰。弄清楚氟是来自水还是粮食化了年，认识氟不是来自新鲜粮食而是来自煤烟污染的粮食用了年，认识氟主要来自煤泥中的黏土又用了年。 这项研究表明：氟的两种地球化学性质是导致燃煤污染型氟中毒的关键原因。 一是保存在室内的玉米和辣椒可以强烈吸收富集于空气中的氟，而且玉米和辣椒的含水量越高吸收越快。二是在我国西南地区温暖潮湿气候的影响了，土壤表层之下形成了富含铁铝氧化物和黏土矿物的土壤粘化层。岩石风化过程中释放出来的氟保存并富集在这一土层内形成了富氟粘化层。 我国西南地区丰富的煤炭资源，温暖潮湿的气候条件，与氟的这两种地球化学性质相结合导致了氟中毒的流行。 我国西南山区，玉米和辣椒是主要农作物和副食品。受气候条件限制，潮湿的玉米和辣椒不能自然干燥和收藏，必须使用煤火烘干并保存在有煤火的室内，才能避免发霉变质。这个过程中，玉米和辣椒吸收和富集了煤炭燃烧过程中从煤炭和煤黏土中释放出来的氟，吃玉米和辣椒的当地居民摄入过量的氟发生氟中毒。 西南氟中毒地区普遍煤炭资源丰富，煤层浅，易于就地开采使用，但是开采出的煤多为粉煤。以粉煤为燃料必须使用黏土为粘合剂。而黏土的氟含量大大高于煤炭，一般在倍以上。西南地区受特殊气候影响，黏土的氟含量远高于全国其他地区。试验表明，即使煤泥中只含的黏土，燃烧时黏土释放的氟是煤粉释放的氟的倍以上。 黏土中的氟对氟中毒的流行起着更为关键的控制作用。煤炭资源越丰富，燃煤量越大，玉米在事物中的比例越大，吃辣椒越多，土壤粘化层含氟越高的地区，氟中毒的病情越严重。 流行病学的调查结果和郑宝山的研究结果是一致的。 党中央和国务院对我国西南地区