鹵族元素趣談

1 最活潑的元素——氟

在所有的元素中，要算氟最活潑了。

氟是淡黃色的氣體，有特殊難聞的臭味，劇毒。在-188℃以下，凝成黃色的液體。在-223℃變成黃色結晶體。在常溫下，氟幾乎能和所有的元素化合：大多數金屬都會被氟腐蝕，堿金屬在氟氣中會燃燒，甚至連黃金在受熱后，也能在氟氣中燃燒!許多非金屬，如硅、磷、硫等同樣也會在氟氣中燃燒。如果把氟通入水中，它會把水中的氫奪走，放出原子氧。例外的只有鉑，在常溫下不會被氟腐蝕(高溫時仍被腐蝕)，因此，在用電解法制造氟時，便用鉑作電極。

在原子能工業上，氟有著重要的用途：人們用氟從鈾礦中提取鈾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，得到十分純凈的鈾235。鈾235是制造原子彈的原料。在鈾的所有化合物中，只有氟化物具有很好的揮發性能。

氟最重要的化合物是氟化氫。氟化氫很易溶解于水，水溶液叫氫氟酸，，這正如氯化氫的水溶液叫氫氯酸(俗名叫鹽酸)一樣。氫氟酸都是裝在聚乙烯塑料瓶里的。如果裝在玻璃瓶里的話，過一會兒，整個玻璃瓶都會被它溶解掉——因為它能強烈地腐蝕玻璃。人們便利用它的這一特性，先在玻璃上涂一層石蠟，再用刀子劃破蠟層刻成花紋，涂上氫氟酸。過了一會兒，洗去殘余的氫氟酸，刮掉蠟層，玻璃上便出現美麗的花紋。玻璃杯上的刻花、玻璃儀器上的刻度，都是用氫氟酸“刻”成的。由于氫氟酸會強烈腐蝕玻璃，所以在制造氫氟酸時不能使用玻璃的設備，而必須在鉛制設備中進行。

在工業上，氟化氫大量被用來制造聚四氟乙烯塑料。聚四氟乙烯號稱“塑料之王”，具有極好的耐腐蝕性能，即使是浸在王水中，也不會被侵蝕。它又耐250℃以上的高溫和-269.3℃以下的低溫。在原子能工業、半導體工業、超低溫研究和宇宙火箭等尖端科學技術中，有著重要的應用。我國在1965年已試制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑，滴水不沾。人們用它來制造自來水筆的筆尖，吸完墨水后，不必再用紙來擦凈墨水，因為它表面上一點墨水也不沾。氟化氫也被用來氟化一些有機化合物。著名的冷凍劑“氟利昂”，便是氟與碳、氯的化合物。在釀酒工業上，人們用氫氟酸殺死一些對發酵有害的細菌。

氫氟酸的鹽類，如氟化鍶、氟化鈉、氟化亞錫等，對乳酸桿菌有顯著的抑制能力，被用來制造防齲牙膏。常見的“氟化鍶”牙膏，便含有大約千分之一的氟化鍶。

在大自然中，氟的分布很廣，約占地殼總重量的萬分之二。最重要的氟礦是螢石——氟化鈣。螢石很漂亮，有玻璃般的光澤，正方塊狀，隨著所含的雜質不同，有淡黃、淺綠、淡藍、紫、黑、紅等色。我國在古代便已知道螢石了，并用它制作裝飾品。現在，螢石大量被用來制造氟化氫和氟。在煉鋁工業上，也消耗大量的螢石，因為用電解法制鋁時，加入冰晶石(較純的氟化鈣晶體)可降低氧化鋁的熔點。天然的冰晶石很少，要用螢石作原料來制造。除了螢石外，磷灰石中也含有3%的氟。土壤中約平均含氟萬分之二，海水中含氟約一千萬分之一。

在人體中，氟主要集中在骨骼和牙齒。特別是牙齒，含氟達萬分之二。牡蠣殼的含氟量約比海水含氟量高二十倍。植物體也含氟，尤其是蔥和豆類含氟最多。

氟是瑞典化學家社勒在1771年發現的。1810年，英國化學家戴維把它命名為氟，拉丁文的原意就是“螢石”。由于氟很活潑，不易制取，所以直到1886年，法國化學家莫瓦桑才第一次制得了游離態的氟。

2.消毒的毒氣————氯Cl

清晨，當你用自來水洗臉時，常會聞到一股刺鼻的氣味。這就是氯氣Cl2的氣味。

氯，是黃綠色的氣體，有股強烈的刺激性氣味。氯是瑞典化學家社勒在1774年發現的，它的希臘文原意就是“綠色的”。我國清末翻譯家徐壽，最初便把它譯為“綠氣”，后來才把兩字合為一字——“氯”。氯約比空氣重2.5倍，每升氯重3.21克(在標準狀態下)。在常溫和六個大氣壓下，氯就可以被液化，變成黃綠色的液體。在工業上，便稱之為“液氯”。

氯的化學性質很活潑，它幾乎能跟一切普通的金屬、以及除了碳、氮、氧以外的所有非金屬直接化合。不過，氯在完全沒有水蒸氣存在的情況下，卻不會與鐵作用。這樣，在工業上，液氯常常被裝在鋼筒里。裝液氯的鋼筒，一般都漆成綠色。(習慣上，裝氧的鋼筒漆為藍色，裝氨的漆成黃色，裝二氧化碳的則漆成黑色。化工廠中輸送這些氣體的管道。也往往漆成這些顏色，以資區別。不過，也有例外的。)

氯是嗆人、令人窒息的有毒氣體。在空氣中，如果含有萬分之一的氯氣，就會嚴重的影響人的健康。在制氯的工廠中，空氣里游離氯氣的含量最高不得超過1毫克/立方米。氯氣中毒時，人會劇烈的咳嗽，嚴重的使人窒息、死亡。一旦發生氯氣中毒，應把患者抬到空氣新鮮的地方，吸入氨也有解毒作用。

氯氣雖然是有毒的，而氯的化合物有的卻是無毒的。

氯氣易溶于水，在常溫常壓下，1體積水大約可溶解2.5體積的氯氣。氯氣的水溶液，叫做“氯水”。我們平常所用的自來水，嚴格地說，是一種很稀的氯水!這是因為在自來水廠，人們往水里通進少量氯氣，來進行殺菌、

消毒。另外，人們也常把氯氣通入石灰水中，制成漂白粉(主要成分是氯化鈣和次氯酸鈣，有效成分是次氯酸鈣Ca(ClO)2)

。漂白粉也可用來作飲水消毒。在工業上，漂白粉還被用來漂白紙張、棉紗、布匹，因為它在水中能分解，放出具有很強氧化能力的初生態氧，具有很強的氧化性能。不過，漂白粉必須保存在陰涼的地方，它受熱或見光，都會逐漸分解，失去殺菌、漂白能力。

氯氣能在氫氣中燃燒，氫氣也能在氯氣中燃燒。燃燒后，都生成重要的氯化物——氯化氫

。氯化氫是無色的氣體，有一股刺鼻、嗆人的氣味。在工業上，氯化氫是制造產量很大、用途很廣的塑料——聚氯乙烯的主要原料。現在，絕大部分塑料雨衣、塑料窗簾、塑料鞋底、人造革等，都是用聚氯乙烯塑料做的。一噸聚氯乙烯塑料做成的人造革，可以代替一萬張牛皮!

氯化氫HCl氣體很易溶解于水。在常溫常壓下，1體積的水可以溶解450體積的氯化氫!氯化氫的水溶液是大名鼎鼎的強酸——鹽酸。在化學工業上，鹽酸是重要的化工原料，在冶金工業、紡織工業、食品工業上，也有廣泛的應用。在人的胃中，含有濃度為千分之五的鹽酸，促進食物的消化，并殺死病菌。有些人因胃液中缺少鹽酸，引起消化不良，患胃病，醫生常給他們喝些稀鹽酸。當然，濃鹽酸是萬萬喝不得的，它具有強烈的腐蝕性。人們在焊接金屬時，常在表面涂些鹽酸，以便清除雜質。

氯的另一個重要化合物是食鹽——氯化鈉NaCl。食鹽，是工業上制燒堿(是氫氧化鈉NaOH的俗稱)、氯氣和鹽酸的原料(用電解飽和食鹽水的方法

)。此外，象氯化鉀KCl，是重要的鉀肥;無水氯化鈣CaCl2很易吸水，是常用的干燥劑;氯化銀AgCl，是制造照相紙和底片的重要感光材料;氯化鋅ZnCl2，則用作鐵路枕木的防腐劑。

氯的有機化合物也很多。著名的農藥——六六六、滴滴涕、氯化苦、敵百蟲、樂果、賽力散等，都是含氯的有機化合物。三氯甲烷俗稱氯仿。是醫院中常用的環境消毒劑。四氯化碳是常用的溶劑和滅火劑。在文化大革命中，我國還試制成功新型、高效化學滅火劑——“1211”，化學成分為二氟一氯一溴甲烷。它的分子結構類似于四氯化碳，但是，滅火能力高于四氯化碳和二氧化碳，尤其是能有效、迅速的撲滅油類著火。“1211”能在很短時間(幾秒到幾十秒)內撲滅大面積油類火災。現在，已開始用于我國船舶、油田、煉油廠、酒精廠等部門。

氯在地殼中的含量很多，約為千分之二，在人體中約含有四百分之一的氯。

3.奇臭的液體——溴

溴的發現，曾有一段有趣的歷史：1826年，法國的一位

青年波拉德，他在很起勁地研究海藻。當時人們已經知道海藻中含有很多碘，波拉德便在研究怎樣從海藻中提取碘。他把海藻燒成灰，用熱水浸取，再往里通進氯氣，這時，就得到紫黑色的固體——碘的晶體。然而，奇怪的是，在提取后的母液底部，總沉著一層深褐色的液體，這液體具有刺鼻的臭味。達件事引起了波拉德的注意，他立即著手詳細地進行研究，最后終于證明，這深褐色的液體，是一種人們還未發現的新元素。波拉德把它命名為“濫”，按照希臘文的原意，就是“鹽水”的意思。波拉德把自己的發現通知了巴黎科學院。科學院把這新元素改稱為“溴”，按照希臘文的原意，就是“臭”的意思。

波拉德關于發現溴的論文——《海藻中的新元素》發表后德國著名的化學家利比息非常仔細、幾乎是逐字逐句進行推敲地讀完了它。讀完后，利比息感到深為后悔，因為他在幾年以前，也做過和波拉德相似的實驗，看到過這一奇怪的現象，所不同的是，利比息沒有深入地鉆研下去。當時，他只憑空地斷定，這深褐色的液體只不過是氯化碘(ICl)——通氯氣時，氯和碘形成的化合物。因此，他只是往瓶子上貼了一張“氯化碘”的標簽就完了，從而失之交臂，沒有發現這一新的元素。從這件事以后，利比息在科學研究工作中，變得踏實得多了，在化學上作出了許多貢獻。他把那張“氯化碘”的標簽小心地從瓶子上取下來，掛在床頭，作為教訓，并常把它拿給朋友們看，希望朋友們也能從中吸取教訓。后來，利比息在自傳中談到這件事時，這樣寫道：“從那以后.除非有非常可靠的實驗作根據，我再也不憑空地自造理論了”。

溴的發現史上的這一段故事，再一次證明了毛主席所指出的真理：”你要有知識，你就得參加變革現實的實踐。”科學是老老實實的學問，任何一點調皮都是不行的。”

在所有非金屬元素中，溴是唯一的在常溫下處于液態的元素。正因為這樣，其他非金屬元素的中文名稱部首都是“氣”(氣態)或“石”(固態)旁的，如氧、碘，而只有溴是三點水旁的——液態。渙是深褐色的液體，此水重兩倍多。溴的熔點為-7.3℃，沸點為58.78℃。溴能溶于水，即所謂的“溴水”。溴更易溶解于一些有機溶劑，如三氯甲烷(即氯仿)、四氯化碳等。

溴在大自然中并不多，在地殼中的含量只有十萬分之一左右，而且沒有形成集中的礦層。海水中大約含有十萬分之六的溴，含量并不高，自然，人們并不是從海水中直接提取，而是在曬鹽場的鹽鹵或者制堿工業的廢液中提取：往里通進氯氣，用氯氣把溴化物氧化，產生游離態的溴，再加入苯胺，使溴成三溴苯胺沉淀出來。

溴很易揮發。溴的蒸氣是紅棕色的，毒性很大，氣味非常刺鼻，并且能刺激眼粘膜，不住地流淚。在軍事上，溴便被裝在催淚彈里，用作催淚劑。在保存溴時，為了防止溴的揮發，通常在盛溴的容器中加進一些硫酸。溴的比重很大，硫酸就象油浮在水面上一樣地浮在溴的上面。

溴的最重要的化合物，要算是溴化銀了。溴化銀具有一個奇妙的特性——對光很敏感，受光照后便會分解。人們把溴化銀和阿拉伯樹膠制成乳劑涂在膠片上，制成“溴膠干片”。我們平常所用的照相膠卷、照相底片、印相紙，幾乎都涂有一層溴化銀。現在，照相消耗著大量的溴化銀。1962年全世界溴的化合物的產量已近十萬噸，其中有將近九萬噸被用于攝影。由于人們在溴化銀中加入一些增敏劑，膠片的質量也不斷得到了提高。不久前，人們已經能把曝光時間縮短到十萬分之一秒以至百萬分之一秒拍下正在飛行中的子彈、火箭;人們也能在菜油燈或者火柴那樣微弱的光線下，拍出清晰的照片。

生物學家們發現，人的神經系統對溴的化合物很敏感。在人體中注射或吸收少量溴的化合物后，神經便會逐漸被麻痹。這樣，溴的化合物——溴化鉀、溴化鈉和溴化銨，在醫學上便被用作鎮靜劑。通常，都是把這三種化合物混合在一起使用，配成的水溶液就是我們常聽到的“三溴合劑”，壓成片的便是常見的“三溴片”，是現在最重要的鎮靜劑之一。不過，溴化物主要從腎臟排泄出去，排泄比較慢，長期地服用不太合適，容易造成中毒。

近年來，我國用溴和鎢的化合物——溴化鎢制造新光源。溴鎢燈非常明亮而體積小，已開始用于我國電影攝影、舞臺照明等方面。在高溫時，碘鎢燈中碘的蒸氣是紅色的，會吸收一部分光，影響發光效率，而溴蒸氣在高溫時是無色的，因此，溴已逐漸代替碘來制造鹵化鎢新光源。

在有機化學上，溴也很重要，像溴苯、溴仿、溴萘、溴乙烷都是常用的試劑。另外，在制造著名的汽油防震劑——四乙基鉛時，也離不了溴，因為要合成四乙基鉛，首先要創得中間產品——二溴乙烯。

4、紫色的元素——碘

碘,是法國巴黎的一位藥劑師別爾恩加爾特·庫爾圖阿在1811年從海藻中發現的。純凈的碘，是紫黑色有光澤的片狀晶體，它的希臘文的原意，便是“紫色的”意思。

碘是一個很有意思的元素：碘雖然是非金屬，但卻閃耀著金屬般的光澤;碘雖然是固體，卻又很易升華，可以不經過液態而直接變為氣態。人們常以為碘蒸氣是紫紅色的，其實不然，這是因為夾雜著空氣的攝故，純凈的碘蒸氣是深藍色的。然而，碘的鹽類的顏色，大部分倒和食鹽一樣--都是白色晶體，只有極少數例外，如碘化銀是淺黃色，碘化銅閃耀著黃金般的色彩。碘，真是變化多端。

碘在大自然中很少，僅占地殼總重量的一千萬分之一。可是，由于碘很易升華，因此到處都有它的足跡：海水中有碘，巖石中有碘，甚至連最純凈的冰洲石、從宇宙空間掉下來的隕石、我們吃的蔥、海里的魚，都有微量的碘。海水中碘含量約為十萬分之一，不過，海里倒有許多天然的“碘工廠”--海藻。它們從海水中吸收碘。據測定，在海藻灰中約含有1%的碘。世界上也有一些比較集中的碘礦，含有較多的碘酸鈉和過碘酸鈉。在智利硝石中，也含有一些碘化物。

碘能微溶于水，但更易溶解于一些有機溶劑。碘溶液的顏色有紫色、紅色、褐色、深褐色，顏色越深，表明碘溶解得越多。碘酒，便是碘的酒精溶液，它的顏色那么深，便是因為碘很易溶解于酒精。碘酒能殺菌，常作皮膚消毒劑。涂了碘酒后，黃斑會逐漸消失，那是因為碘升華了，變成了蒸氣，散失在空氣中。

大量的碘對人來說，是很毒的，碘蒸氣會劇烈地刺激眼、鼻粘膜，會使人中毒致死。然而，人卻又不能缺乏少量的碘。在成年人體內，大約含有20毫克的碘，而共中約有一半是含在靠近喉頭的甲狀腺里。甲狀腺是人體中很重要的器官，它分泌甲狀腺素。一個人每年約分泌3.5克甲狀腺素。碘是制造甲狀腺素必不可缺的原料。缺少了碘，甲狀腺素便不能正常分泌，人的脖子便會腫脹起來，發育不正常，得克山病或厚皮病。平常，人們大都是從海鹽中吸取少量碘，因為海鹽中總夾雜著少量的碘化鈉或碘化鉀。在我國西南山區，解放前由于缺少海鹽，缺乏碘，有些人患腫脖子病--甲狀腺腫大。現在，在這些地方，衛生部門在巖鹽中摻入少量碘化物，來消除這些缺碘癥。

人們發現，在牛或豬的飼料中，加入少量的碘化物，能促進它們的發育。母雞經常加喂少量碘化物，可使受精率提高95—99%。

另外，碘還有一個特殊的脾氣--它和淀粉會形成一種復雜的藍色化合物。可不是嗎，當你用涂了碘酒的手去拿饅頭時，手上立即會出現藍斑。碘的這一脾氣，在分析化學上得到了應用：著名的“碘定量法”，便是利用淀粉溶液來作指示劑。

近年來，我國利用碘和鎢的化合物--碘化鎢，制成碘鎢燈。大家知道，普通的白熾燈泡中的燈絲是用鎢做的。通電時，燈絲溫度越高，發光效率也越高。但是，溫度高了，鎢絲就更易揮發，壽命也就縮短。在碘鎢燈中，在鎢絲上附著一層碘化鎢。通電后，當燈絲溫度高于1400℃，碘化鎢就受熱分解，變成碘與鎢。鎢留在燈絲上，而碘是極易升華的元素，便立即充滿整個燈管。當鎢絲上的鎢受熱蒸發，擴散到管壁上，若管壁溫度高于200℃，碘即與鎢作用生成碘化鎢。碘化鎢擴散到燈絲，又受熱分解，鎢粘附于鎢絲，而碘又升華到燈管各部分。如此循環不已，使鎢絲保持原狀，使用壽命很長。碘鎢燈具有體積小、光色好、壽命長等優點。一支普通的碘鎢燈管，比一支自來水筆還小，很輕便。通電后，射出白熾耀目的光芒。普通照明用的碘鎢燈的使用壽命，可達5000小時左右。現在，我國已普遍應用碘鎢燈，作為電影攝影、舞臺、工廠、建筑物、廣場等照明光源。紅外線碘鎢燈，則用于工廠的加熱、烘干操作。另外，高色溫碘鎢燈則用于電子照相。

5.具有放射性的鹵族元素——砹

砹、鈁是門捷列夫曾經指出的類碘和類銫，是莫斯萊所確定的原子序數為85、87的元素。它們的發現經歷了彎曲的道路。

剛開始，化學家們根據門捷列夫的推斷——類碘是一個鹵素，類銫是一個堿金屬元素，都是成鹽的元素，就嘗試從各種鹽類里去尋找它們，但是一無所獲。

1925年7月英國化學家費里恩德特地選定了炎熱的夏天去死海，尋找它們。但是，經過辛勞的化學分析和光譜分析后，卻絲毫沒有發現這兩個元素。

后來又有不少化學家嘗試利用光譜技術以及利用原子量作為突破口去找這個元素，但都沒有成功。1930年，美國阿拉巴馬州工藝學院物理學教授阿立生宣布，在稀有的堿金屬礦銫鎦石和鱗云母中用磁光分析法，發現了87號元素。元素符號定為Vi。一年后，他用同樣的方法在王水和獨居石作用的萃取液中，發現了85號元素。元素符號定為Ab。可是不久，磁光分析法本身被否定了，利用它發現的元素也就不可能成立。

1940年，由美國的考爾森、麥肯齊和西格雷，在美國加利福尼亞大學，用α粒子轟擊鉍獲得85號元素。85號元素被命名為astatine，拉丁文名稱是astatium，元素符號為At。

砹是一種極不穩定的元素，約有25個同位素，其中要數210At半衰期最長，只有8.3小時。金屬性質較本族其他元素強。易揮發，能溶于四氯化碳等有機溶劑中。與銀化合生成難溶解的AgAt。性質似碘，但比碘較難還原、易氧化。