氟气（具有很强氧化性的化学物质）

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更新时间：2023-05-22
氟气
具有很强氧化性的化学物质
氟气，元素氟的气体单质，化学式F₂，淡黄色，氟气化学性质十分活泼，具有很强的氧化性，除全氟化合物外，可以与几乎所有有机物和无机物反应。工业上氟气可作为火箭燃料中的氧化剂，卤化氟的原料，冷冻剂，等离子蚀刻等。
基本信息
中文名
氟气
外文名
Fluorine
化学式
F₂
分子量
37.9968
熔点
-219.62
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发现
1768年，马格拉夫研究萤石，发现它与石膏和重晶石不同，判断它不是一种硫酸盐，1771年化学家舍勒用曲颈瓶加热萤石和硫酸的混合物，发现玻璃瓶内壁被腐蚀。
1810年，法国物理学家安培根据氢氟酸的性质的研究指出，其中可能含有一种与氯相似的元素．化学家戴维的研究，也得出同样的结论。
1813年，英国的戴维用电解氟化物的方法制取氟气，用金和铂做容器，都被腐蚀了。后来改用萤石做容器，腐蚀问题虽解决了，但却得不到氟气，而他则因患病而停止了实验。
接着爱尔兰的乔治·诺克斯和托马斯·诺克斯两兄弟先用干燥的氯气处理干燥的氟化汞，然后把一片金箔放在玻璃接收瓶顶部，反应产生了氟气而未得到氟气。在实验中，两兄弟都严重中毒。
继诺克斯兄弟之后，鲁耶特对氟气作了长期的研究，最后因中毒太深而献出了生命，年仅32岁．法国的弗雷迷电解了无水的氟化钙、氟化钾和氟化银，虽然阳极上产生了少量的气体，但始终未能收集到。
英国化学家哥尔也用电解法分解氟化氢，但在实验的时候发生爆炸，显然产生的少量氟气与氢发生了反应．他以碳、金、钯、铂做电极，在电解时碳被粉碎，金、钯、铂被腐蚀。
物理性质
氟气是淡黄色的气体，有特殊难闻的臭味。在-188.1℃以下，凝成黄色的液体。在-219.62℃变成黄色结晶体。
相对分子质量：37.9968
熔点（101.325kPa）：-219.62℃
沸点（101.325kPa）：-188.1℃
液体密度（-188.1℃，S.P.）：1507kg/m3
气体密度（25℃，101.325kPa）：1.554kg/m3
相对密度（气体，空气=1，25℃，101.325kPa）：1.312
比容（21.1℃，101.325kPa）：0.6367m3/kg
临界温度：-128.8℃
临界压力：5215kPa
临界密度：574 kg/m3
熔化热（-219.67℃，0.252kPa）：13.44 KJ/kg
气化热（-188.2℃，101.325kPa）：175.51 KJ/Kg
比热比（气体，21.1℃，101.325kPa）：Cp/Cv=1.358
蒸气压（53.56K）：0.223kPa
（77.17K）：37.383kPa
（89.40K）：162.638kPa
粘度（气体，0℃，101.325kPa）：0.02180mPa?s
（液体，-192.2℃）：0.275mPa?S
表面张力（-193.2℃）：14.81mN/m
导热系数（气体，0℃，101.325kPa）：0.024769W/(m·K)
（液体，-188.1℃）：0.159W/(m·K)
折射率（气体，25℃，101.325kPa）：1.000187
（液体，-188.1℃）：1.2
电负性：4.0（泡林标度）3.98（新泡林标度）
化学性质
氟气是一种极具腐蚀性的双原子气体，剧毒。氟是电负度最强的元素，也是很强的氧化剂。在常温下，它几乎能和所有的元素化合，并产生大量的热能，在所有的元素中，要算氟最活泼了。
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。
大多数金属都会被氟腐蚀，碱金属在氟气中会燃烧，甚至连黄金在受热后，也能在氟气中燃烧。
2Au + 3F₂== 2AuF₃
许多非金属，如硅、磷、硫等同样也会在氟气中燃烧。
Si+2F₂==SiF
2P+3F₂==2PF₃
S+3F₂==SF₆
如果把氟通入水中，它会把水中的氢夺走，放出氧气。铂在常温下不会被氟腐蚀（高温时仍被腐蚀）。
2F₂+2H₂O==4HF+O₂
氢与氟的化合异常剧烈，反应生成氟化氢。
H₂+F₂==2HF
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（高于室温时稳定）和O2F2（极不稳定）。由卤素自身形成的化合物有ClF、ClF3、BrF3、IF5，IF7。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。
C+2F₂==CF₄
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。
氟气还可以和稀有气体在特定条件下反应，如Xe和F2混合气暴露在阳光下可制得二氟化氙。
F₂+Xe=阳光=XeF₂
氟气可以和一氧化氮可以直接化合为氟化亚硝酰，和二氧化氮直接化合为氟化硝酰。
2NO+F₂==2NOF
2NO₂+F₂==2NO₂F
硫酸钠和氟气反应可以得到氟化亚硫酰。
Na₂SO₄+2F₂=300℃=2NaF+SO₂F₂+O₂
将氟气通过2%的氢氧化钠溶液还可以得到氟氧化合物OF
2F₂+2NaOH=OF₂+H₂O+2NaF
制备
工业制法：电解氟氢化钾与氟化氢的混合物，以压实的石墨做阳极，钢制电解槽槽身做阴极，以氟化氢钾为电解质，进行无水氢氟酸的电解，再经净化而得。生产中，温度在260℃左右的为高温法，在95℃左右的为中温法。
电解总反应式：2KHF₂=通电=2KF+H₂↑+F₂↑
常加入氟化锂或氟化铝来降低电解质熔点及减轻碳电极的极化作用，不断补充HF。
氟气生产工艺流程图
工艺流程图为：
化学制法：用氟锰酸钾与五氟化锑共热得到。
K₂MnF₆+SbF₅==K₂SbF₇+MnF₄
2MnF₄==2MnF₃+F₂↑
用途
1、制造氟化物：利用氟气和水的反应，氟气可以用于制备氢氟酸（HF：2HO+2F==4HF+O），氢氟酸在铝和铀的提纯、蚀刻玻璃、半导体工业中除去硅表面的氧化物，多种含氟有机物的合成等方面都起着重要作用，氟气还可用于制备氟化钠，氟化钠可作为木材防腐剂、农业杀虫剂、酿造业杀菌剂、医药防腐剂、焊接助焊剂、碱性锌酸盐镀锌添加剂等。
2、制造含氟塑胶：利用氟气和塑胶的反应可以制备含氟塑胶，含氟塑胶具有耐高温、耐油、耐高真空及耐酸碱、耐多种化学药品的特点，已应用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、电讯、仪器、机械等工业领域。
4、原子能工业：通过氟从铀矿中提取铀235，因为铀和氟的化合物很易挥发，用分馏法可以把它和其它杂质分开，得到十分纯净的铀235。铀235是制造原子弹的原料。在铀的所有化合物中，只有氟化物具有很好的挥发性能。
5、航空：由于氟气氧化性很强，液化的氟气可作为火箭燃料中的氧化剂。
6、其他方面：氟气还用于金属的焊接和切割，电镀，玻璃加工，药物，农药，杀鼠剂，冷冻剂，等离子蚀刻等。
毒性
最高容许浓度：0.1ppm(0.2mg/m3）
氟是剧毒性气体，能刺激眼、皮肤、呼吸道粘膜。当氟浓度为5～10ppm时，对眼、鼻、咽喉等粘膜开始有刺激作用，作用时间长时也可引起肺水肿。与皮肤接触可引起毛发的燃烧，接触部位凝固性坏死、上皮组织碳化等。慢性接触可引起骨硬化症和韧带钙化。吸入氟的患者应立即转移至无污染的安全地方安置休息，并保持温暖舒适。眼睛或皮肤受刺激时迅速用水冲洗之后就医诊治。
安全防护
工作场所要通风保持空气新鲜干燥。要用特种钢瓶贮装。钢瓶存放时必须与其它物料隔离，特别是与能和氟反应的物料隔绝，要远离易起火地点。
着火时消防人员须在防爆掩蔽处操作，切不可将水直接喷射漏气处，否则会助长火势。灭火可用二氧化碳、干粉、砂土、废气可用水吸收。
储存运输
氟气属有毒压缩气体，宜储存于阴凉、通风仓内，并应远离火种、热源。实行“双人收发、双人保管”制度。远离火种、热源。库温不超过30℃。应与易（可）燃物、活性金属粉末、食用化学品分开存放，切忌混储。储区应备有泄露应急处理设备。
铁路运输时须报铁路局进行试运，试运期为两年。试运结束后，写出试运报告，报铁道部正式公布运输条件。铁路运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。严禁与易燃物或可燃物、活性金属粉末、食用化学品等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。公路运输时要按规定路线行驶，禁止在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。
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