氟氣

氟氣，元素氟的氣體單質，化學式F₂，淡黃色，氟氣化學性質十分活潑，具有很強的氧化性，除全氟化合物外，可以與幾乎所有有機物和無機物反應。工業上氟氣可作為火箭燃料中的氧化劑，鹵化氟的原料，冷凍劑，等離子蝕刻等。

基本介紹

• 中文名：氟氣
• 英文名：Fluorine
• 化學式：F2
• 分子量：37.9968
• CAS登錄號：7782-41-4
• EINECS登錄號：231-954-8
• 熔點：-219.62
• 沸點：-188.1
• 水溶性：與水反應
• 密度：1.554kg/m3
• 外觀：淡黃色氣體，有刺激性氣味。

發現

1768年，馬格拉夫研究螢石，發現它與石膏和重晶石不同，判斷它不是一種硫酸鹽，1771年化學家舍勒用曲頸瓶加熱螢石和硫酸的混合物，發現玻璃瓶內壁被腐蝕。

1810年，法國物理學家安培根據氫氟酸的性質的研究指出，其中可能含有一種與氯相似的元素．化學家戴維的研究，也得出同樣的結論。

1813年，英國的戴維用電解氟化物的方法製取氟氣，用金和鉑做容器，都被腐蝕了。後來改用螢石做容器，腐蝕問題雖解決了，但卻得不到氟氣，而他則因患病而停止了實驗。

接著愛爾蘭的喬治·諾克斯和托馬斯·諾克斯兩兄弟先用乾燥的氯氣處理乾燥的氟化汞，然後把一片金箔放在玻璃接收瓶頂部，反應產生了氟氣而未得到氟氣。在實驗中，兩兄弟都嚴重中毒。

繼諾克斯兄弟之後，魯耶特對氟氣作了長期的研究，最後因中毒太深而獻出了生命，年僅32歲．法國的弗雷迷電解了無水的氟化鈣、氟化鉀和氟化銀，雖然陽極上產生了少量的氣體，但始終未能收集到。

英國化學家哥爾也用電解法分解氟化氫，但在實驗的時候發生爆炸，顯然產生的少量氟氣與氫發生了反應．他以碳、金、鈀、鉑做電極，在電解時碳被粉碎，金、鈀、鉑被腐蝕。

物理性質

氟氣是淡黃色的氣體，有特殊難聞的臭味。在-188.1℃以下，凝成黃色的液體。在-219.62℃變成黃色結晶體。

相對分子質量：37.9968

熔點（101.325kPa）：-219.62℃

沸點（101.325kPa）：-188.1℃

液體密度（-188.1℃，S.P.）：1507kg/m3

氣體密度（25℃，101.325kPa）：1.554kg/m3

相對密度（氣體，空氣=1，25℃，101.325kPa）：1.312

比容（21.1℃，101.325kPa）：0.6367m3/kg

臨界溫度：-128.8℃

臨界壓力：5215kPa

臨界密度：574 kg/m3

熔化熱（-219.67℃，0.252kPa）：13.44 KJ/kg

氣化熱（-188.2℃，101.325kPa）：175.51 KJ/Kg

比熱比（氣體，21.1℃，101.325kPa）：Cp/Cv=1.358

蒸氣壓（53.56K）：0.223kPa

（77.17K）：37.383kPa

（89.40K）：162.638kPa

粘度（氣體，0℃，101.325kPa）：0.02180mPa?s

（液體，-192.2℃）：0.275mPa?S

表面張力（-193.2℃）：14.81mN/m

導熱係數（氣體，0℃，101.325kPa）：0.024769W/(m·K)

（液體，-188.1℃）：0.159W/(m·K)

折射率（氣體，25℃，101.325kPa）：1.000187

（液體，-188.1℃）：1.2

電負性：4.0（泡林標度）3.98（新泡林標度）

化學性質

氟氣是一種極具腐蝕性的雙原子氣體，劇毒。氟是電負度最強的元素，也是很強的氧化劑。在常溫下，它幾乎能和所有的元素化合，並產生大量的熱能，在所有的元素中，要算氟最活潑了。

除具有最高價態的金屬氟化物和少數純的全氟有機化合物外，幾乎所有有機物和無機物均可以與氟反應。

大多數金屬都會被氟腐蝕，鹼金屬在氟氣中會燃燒，甚至連黃金在受熱後，也能在氟氣中燃燒。

2Au + 3F₂== 2AuF₃

許多非金屬，如矽、磷、硫等同樣也會在氟氣中燃燒。

Si+2F₂==SiF₄

2P+3F₂==2PF₃

S+3F₂==SF₆

如果把氟通入水中，它會把水中的氫奪走，放出氧氣。鉑在常溫下不會被氟腐蝕（高溫時仍被腐蝕）。

2F₂+2H₂O==4HF+O₂

氫與氟的化合異常劇烈，反應生成氟化氫。

H₂+F₂==2HF

一般情況下，氧與氟不反應。儘管如此，還是存在兩種已知的氧氟化物，即OF2（高於室溫時穩定）和O2F2（極不穩定）。由鹵素自身形成的化合物有ClF、ClF3、BrF3、IF5，IF7。如上所述，碳或大多數烴與過量氟的反應，將生成四氟化碳及少量四氟乙烯或六氟丙烷。

C+2F₂==CF₄

通常，氮對氟而言是惰性的，可用作氣相反應的稀釋氣。氟還可以從許多含鹵素的化合物中取代其它鹵素。大多數有機化合物與氟的反應將會發生爆炸。

氟氣還可以和稀有氣體在特定條件下反應，如Xe和F2混合氣暴露在陽光下可製得二氟化氙。

F₂+Xe=陽光=XeF₂

氟氣可以和一氧化氮可以直接化合為氟化亞硝醯，和二氧化氮直接化合為氟化硝醯。

2NO+F₂==2NOF

2NO₂+F₂==2NO₂F

硫酸鈉和氟氣反應可以得到氟化亞硫醯。

Na₂SO₄+2F₂=300℃=2NaF+SO₂F₂+O₂

將氟氣通過2%的氫氧化鈉溶液還可以得到氟氧化合物OF_2。

2F₂+2NaOH=OF₂+H₂O+2NaF

製備

工業製法：電解氟氫化鉀與氟化氫的混合物，以壓實的石墨做陽極，鋼製電解槽槽身做陰極，以氟化氫鉀為電解質，進行無水氫氟酸的電解，再經淨化而得。生產中，溫度在260℃左右的為高溫法，在95℃左右的為中溫法。

電解總反應式：2KHF₂==2KF+H₂↑+F₂↑

常加入氟化鋰或氟化鋁來降低電解質熔點及減輕碳電極的極化作用，不斷補充HF。

工藝流程圖為：

氟氣生產工藝流程圖

化學製法：用氟錳酸鉀與五氟化銻共熱得到。

K₂MnF6+SbF₅==K2SbF₇+MnF₄

2MnF₄==2MnF₃+F₂↑

用途

1、製造氟化物：利用氟氣和水的反應，氟氣可以用於製備氫氟酸（HF：2H₂O+2F₂==4HF+O₂），氫氟酸在鋁和鈾的提純、蝕刻玻璃、半導體工業中除去矽表面的氧化物，多種含氟有機物的合成等方面都起著重要作用，氟氣還可用於製備氟化鈉，氟化鈉可作為木材防腐劑、農業殺蟲劑、釀造業殺菌劑、醫藥防腐劑、焊接助焊劑、鹼性鋅酸鹽鍍鋅添加劑等。

2、製造含氟塑膠：利用氟氣和塑膠的反應可以製備含氟塑膠，含氟塑膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸鹼、耐多種化學藥品的特點，已套用於現代航空、飛彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等尖端技術及汽車、造船、化學、石油、電訊、儀器、機械等工業領域。

4、原子能工業：通過氟從鈾礦中提取鈾235，因為鈾和氟的化合物很易揮發，用分餾法可以把它和其它雜質分開，得到十分純淨的鈾235。鈾235是製造核子彈的原料。在鈾的所有化合物中，只有氟化物具有很好的揮發性能。

5、航空：由於氟氣氧化性很強，液化的氟氣可作為火箭燃料中的氧化劑。

6、其他方面：氟氣還用於金屬的焊接和切割，電鍍，玻璃加工，藥物，農藥，殺鼠劑，冷凍劑，等離子蝕刻等。

毒性

最高容許濃度：0.1ppm(0.2mg/m3）

氟是劇毒性氣體，能刺激眼、皮膚、呼吸道黏膜。當氟濃度為5～10ppm時，對眼、鼻、咽喉等黏膜開始有刺激作用，作用時間長時也可引起肺水腫。與皮膚接觸可引起毛髮的燃燒，接觸部位凝固性壞死、上皮組織碳化等。慢性接觸可引起骨硬化症和韌帶鈣化。吸入氟的患者應立即轉移至無污染的安全地方安置休息，並保持溫暖舒適。眼睛或皮膚受刺激時迅速用水沖洗之後就醫診治。

安全防護

工作場所要通風保持空氣新鮮乾燥。要用特種鋼瓶貯裝。鋼瓶存放時必須與其它物料隔離，特別是與能和氟反應的物料隔絕，要遠離易起火地點。

著火時消防人員須在防爆掩蔽處操作，切不可將水直接噴射漏氣處，否則會助長火勢。滅火可用二氧化碳、乾粉、砂土、廢氣可用水吸收。

儲存運輸

氟氣屬有毒壓縮氣體，宜儲存於陰涼、通風倉內，並應遠離火種、熱源。實行“雙人收發、雙人保管”制度。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃。應與易（可）燃物、活性金屬粉末、食用化學品分開存放，切忌混儲。儲區應備有泄露應急處理設備。

鐵路運輸時須報鐵路局進行試運，試運期為兩年。試運結束後，寫出試運報告，報鐵道部正式公布運輸條件。鐵路運輸時應嚴格按照鐵道部《危險貨物運輸規則》中的危險貨物配裝表進行配裝。採用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，並應將瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超過車輛的防護欄板，並用三角木墊卡牢，防止滾動。嚴禁與易燃物或可燃物、活性金屬粉末、食用化學品等混裝混運。夏季應早晚運輸，防止日光曝曬。公路運輸時要按規定路線行駛，禁止在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。