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    卤族元素趣谈

    来宝网2007年11月1日 10:02 点击:1506

    1 最活泼的元素——氟
    在所有的元素中,要算氟最活泼了。
    氟是淡黄色的气体,有特殊难闻的臭味,剧毒。在-188℃以下,凝成黄色的液体。在-223℃变成黄色结晶体。在常温下,氟几乎能和所有的元素化合: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!许多非金属,如硅、磷、硫等同样也会在氟气中燃烧。如果把氟通入水中,它会把水中的氢夺走,放出原子氧。例外的只有铂,在常温下不会被氟腐蚀(高温时?#21592;?#33104;蚀),因此,在用电解法制造氟时,便用铂作电极。

    在原子能工业上,氟有着重要的用途:人们用氟从铀矿中提取铀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。

    氟最重要的化合物是氟化氢。氟化氢很易溶解于水,水溶液叫氢氟酸,,这正如氯化氢的水溶液叫氢?#20154;幔?#20439;名叫盐酸)一样。氢氟酸都是装在聚乙烯塑料瓶里的。如果装在玻璃瓶里的话,过一会儿,整个玻璃瓶都会被它溶解掉——因为它能强?#19994;?#33104;蚀玻璃。人们便利用它的这一特性,先在玻璃上涂一层石蜡,再用刀子划破蜡层刻成花纹,涂上氢氟酸。过了一会儿,洗去残余的氢氟酸,刮掉蜡层,玻璃上便出现美丽的花纹。玻璃杯上的刻花、玻璃仪器上的刻度,都是用氢氟酸“刻”成的。由于氢氟酸会强烈腐蚀玻璃,所以在制造氢氟酸时不能使用玻璃的设备,而必须在铅制设备中进行。

    在工业上,氟化氢大量被用来制造聚四氟乙烯塑料。聚四氟乙烯号称“塑料之王”,具有极好的耐腐蚀性能,?#35789;?#26159;浸在王水中,也不会被?#36136;礎?#23427;又耐250℃以上的高温和-269.3℃以下的低温。在原子能工业、半导体工业、超低温研究和宇宙火箭?#29123;?#31471;科学技术中,有着重要的应用。我国在1965年已试制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑,滴水不沾。人们用它来制造自来水?#23454;?#31508;尖,吸完墨水后,不必再用纸来擦净墨水,因为它表面上一点墨水也不沾。氟化氢也被用来氟化一些有机化合物。著名的冷冻剂“氟利昂”,便是氟与碳、氯的化合物。在酿酒工业上,人们用氢氟酸杀死一些对发酵有害的细菌。

    氢氟酸的盐类,如氟化?#21462;?#27679;化钠、氟化亚锡等,对乳酸?#21496;?#26377;显著的抑制能力,被用来制造防龋牙膏。常见的“氟化锶”牙膏,便含有大约千分之一的氟化?#21462;?

    在大自然中,氟的分布很广,约占地壳总重量的万分之二。最重要的氟矿是萤石——氟化钙。萤石很漂亮,有玻璃般的光泽,正方块状,随着所含的杂质不同,有淡黄、浅绿、淡蓝、紫、黑、红等色。我国在古代便已知道萤石了,并用它制作装饰品。现在,萤石大量被用来制造氟化氢和氟。在炼铝工业上,也消耗大量的萤石,因为用电解法制铝时,加入冰晶石(较纯的氟化钙晶体)?#23665;?#20302;氧化铝的熔点。天然的冰晶石很少,要用萤石作原料来制造。除了萤石外,磷灰石中也含有?#24120;?#30340;氟。土壤中约平均含氟万分之二,海水中含氟约一千万分之一。

    在人体中,氟主要集中在骨骼和牙齿。特别是牙齿,含氟达万分之二。牡蛎壳的含氟量约比海水含氟量高二十倍。植物体也含氟,尤其是葱和豆类含氟最多。

    氟是瑞典化学家社勒在1771年发现的。1810年,英国化学家戴维把它命名为氟,拉丁文的原意就是“萤石”。由于氟很活泼,不易制取,所以直到1886年,法国化学家莫瓦桑才第一次制得了游离态的氟。

    2.消毒的毒气————氯Cl
    清晨,当你用自来水洗脸时,常会闻到一股刺鼻的气味。这就是氯气Cl2的气味。
    氯,是黄绿色的气体,有股强烈的?#30899;?#24615;气味。氯是瑞典化学家社勒在1774年发现的,它的希腊文原意就是“绿色的”。我国清末翻译家徐寿,最初便把它译为“绿气”,后来才把两字合为一字——“氯”。?#20173;?#27604;空气重2.5倍,?#21487;?#27695;重3.21克(在标准状态下)。在常温和六个大气压下,氯就可以被液化,变成黄绿色的液体。在工业上,便称之为“液氯”。

    氯的化学性质很活泼,它几乎能跟一切普通的金属、以及除了碳、氮、氧以外的所有非金属直接化合。不过,氯在完全没有水蒸气存在的情况下,却不会与铁作用。这样,在工业上,液氯常常被装在钢筒里。装液氯的钢?#29627;?#19968;般都漆成绿色。(习惯上,?#25226;?#30340;钢筒漆为蓝色,装氨的漆成黄色,装二氧化碳的则漆成黑色。化工厂中输送这些气体的管道。也往往漆成这些颜色,以?#26159;?#21035;。不过,也有例外的。)

    氯是呛人、令人窒息的有毒气体。在空气中,如果含有万分之一的氯气,就会?#29616;?#30340;影响人的健康。在制氯的工厂中,空气里游离氯气的含量最高不得超过1?#37327;?立方米。氯气中毒时,人会剧烈的?#20154;裕现?#30340;使人窒息、死亡。一旦发生氯气中毒,应把患者抬到空气新?#23454;?#22320;方,吸入氨也有解毒作用。

    氯气虽然是有毒的,而氯的化合物有的却是无毒的。
    氯气易溶于水,在常温常压下,1体积水大约可溶解2.5体积的氯气。氯气的水溶液,叫做“氯水”。我们平常所用的自来水,严格地说,是一种很稀的氯水!这是因为在自来水厂,人们往水里通进少量氯气,来进行?#26412;?
    消毒。另外,人们也常把氯气通入石灰水中,制成漂白粉(主要成分是氯化钙和?#28201;人?#38041;,有效成分是?#28201;人?#38041;Ca(ClO)2)
    。漂白粉?#37096;?#29992;来作饮水消毒。在工业上,漂白粉还被用来漂白纸张、棉纱、布匹,因为它在水中能分解,放出具有很强氧化能力的初生态氧,具有很强的氧化性能。不过,漂白粉必须保存在阴凉的地方,它受热或见光,都会逐渐分解,失去?#26412;?#28418;白能力。

    氯气能在氢气中燃烧,氢气也能在氯气中燃烧。燃烧后,都生成重要的氯化物——氯化氢
    。氯化氢是无色的气体,有一股刺鼻、呛人的气味。在工业上,氯化氢是制造产量很大、用途很广的塑料——聚氯乙烯的主要原料。现在,绝大部分塑料雨衣、塑料窗帘、塑料鞋底、人造革等,都是用聚氯乙烯塑料做的。?#27426;?#32858;氯乙烯塑料做成的人造革,可以代替一万张牛皮!

    氯化氢HCl气体很易溶解于水。在常温常压下,1体积的水可以溶解450体积的氯化氢!氯化氢的水溶液是大名鼎鼎的强酸——盐酸。在化学工业上,盐酸是重要的化工原料,在冶金工业、纺织工业、食品工业上,也有广泛的应用。在人的胃中,含有浓度为千分之五的盐酸,促进食物的消化,并杀死病菌。有些人因胃液中缺少盐酸,引起消化不良,患胃病,医生常给他们喝些稀盐酸。当然,浓盐酸是万万喝不得的,它具有强烈的腐蚀性。人们在焊接金属时,常在表面涂些盐酸,以便清除杂质。

    氯的另一个重要化合物是食盐——氯化钠NaCl。食盐,是工业?#29616;?#28903;碱(是氢氧化钠NaOH的俗称)、氯气和盐酸的原料(用电解饱和食盐水的方法
    )。此外,象氯化钾KCl,是重要的钾肥;无水氯化钙CaCl2很易吸水,是常用的干燥剂;氯化银AgCl,是制造照相纸和底片的重要感光材料;氯化锌ZnCl2,则用作铁路枕木的防腐剂。

    氯的有机化合物也很多。著名的农药——六六六、滴滴涕、氯化苦、敌百虫、乐果、赛力散等,都是含氯的有机化合物。三?#29123;?#28919;俗称氯仿。是医院中常用的环境消毒剂。四氯化碳是常用的溶剂和灭火剂。在文化大革命中,我国还试制成功新型、高效化学灭火剂——“1211”,化学成分为二氟一氯一溴甲烷。它的分子结构类似于四氯化碳,但是,灭火能力高于四氯化碳和二氧化碳,尤其是能有效、?#26438;?#30340;扑灭油类着火。“1211”能在很短时间(几秒到几十秒)内扑灭大面积油类火灾。现在,已开始用于我国船舶、油田、炼油厂、酒精厂等部门。

    氯在地壳中的含量很多,约为千分之二,在人体中约含有四百分之一的?#21462;?
    3.奇臭的液体——溴
    溴的发现,曾有?#27426;?#26377;趣的历史:1826年,法国的一位
    青年波拉德,他在很起劲地研究海藻。当时人们已经知道海藻中含有很多碘,波拉?#21348;?#22312;研究怎样从海藻中提取碘。他把海藻烧成灰,用热水浸取,再往里通进氯气,这时,就得到紫黑色的固体——碘的晶体。?#27426;?#22855;怪的是,在提取后的母液底部,总?#30967;?#19968;层深褐色的液体,这液体具有刺鼻的臭味。达件事引起了波拉德的注意,他立即着手详细地进行研究,最后终于证明,这深褐色的液体,是一种人们?#21038;?#21457;现的新元素。波拉德把它命名为“滥”,按照希腊文的原意,就是“盐水”的意思。波拉德把自己的发现通知了巴黎科学院。科学院把这新元素改称为“溴”,按照希腊文的原意,就是“臭”的意思。

    波拉德关于发现溴的论文——《海藻中的新元素》发表后德国著名的化学家利比息非常仔细、几乎是逐字逐句进行推敲地读完了它。读完后,利比息感到深为后悔,因为他在几年以前,也做过和波拉德相似的实验,看到过这?#40644;?#24618;的现象,所不同的是,利比息没有深入地钻研下去。当时,他?#40644;?#31354;地断定,这深褐色的液体只不过是氯化碘(ICl)——通氯气时,氯和碘形成的化合物。因此,他只是往瓶子上贴了一张“氯化碘”的标签就完了,从而失之交臂,没有发现这一新的元素。从这件事以后,利比息在科学研究工作中,变得踏实得多了,在化学上作出了许多贡献。他把那张“氯化碘”的标签小心地从瓶子上取下来,挂在床头,作为教训,并常把它拿给朋友们看,希望朋友们也能从中吸取教训。后来,利比息在自传中谈到这件事时,这样写道:“从那以后.除非有非常可靠的实验作根据,?#20197;?#20063;?#40644;?#31354;地自造理论了”。

    溴的发?#36136;?#19978;的这?#27426;?#25925;事,再一次证明了毛主席所指出的真理:”你要有知识,你就得参加变革现实的实践。”科学是老老实实的学问,任何一点调皮都是不行的。”

    在所有非金属元素中,溴是唯一的在常温下处于液态的元素。正因为这样,其他非金属元素的中文名称部首都是“气”(气态)或“石”(固态)旁的,如氧、碘,而只有溴是三点水旁的——液态。涣是深褐色的液体,此水重两倍多。溴的熔点为-7.3℃,沸点为58.78℃。溴能溶于水,即所谓的“溴水”。溴更易溶解于一些有机溶剂,如三?#29123;?#28919;(即氯仿)、四氯化碳等。

    溴在大自然中并?#27426;啵?#22312;地壳中的含量只有十万分之一左右,而且没有形成集中的矿层。海水中大约含有十万分之六的溴,含量并不高,自然,人们并不是从海水中直接提取,而是在晒盐场的盐卤或者制碱工业的废液中提取?#21644;?#37324;通进氯气,用氯气把溴化物氧化,产生游离态的溴,再加入苯胺,使溴成三溴苯胺沉淀出来。

    溴很易挥发。溴的蒸气是红棕色的,毒性很大,气味非常刺鼻,并且能?#30899;?#30524;粘膜,不住地?#39612;帷?#22312;军事上,溴便被装在催泪弹里,用作催泪剂。在保存溴时,为了防止溴的挥发,通常在盛溴的容器中加进一些硫酸。溴的比重很大,硫酸就象油浮在水面上一样地浮在溴的上面。

    溴的最重要的化合物,要算是溴化银了。溴化银具有一个奇妙的特性——对光很敏感,受光照后便会分解。人们把溴化银和阿拉伯树胶制成乳剂涂在胶片上,制成“溴?#28938;?#29255;”。我们平常所用的照相胶卷、照相底片、印相纸,几乎都涂有一层溴化银。现在,照相消耗着大量的溴化银。1962年全世界溴的化合物的产量已近十万吨,其中有将近九万吨被用于摄影。由于人们在溴化银中加入一些增敏剂,胶片的质量也?#27426;?#24471;到了提高。不?#20204;埃?#20154;们已经能把曝光时间缩短到十万分之一秒以至百万分之一秒拍下正在飞行中的子弹、火箭;人们也能在菜油灯或者火柴那样微弱的光线下,拍出清晰的照片。

    生物学家们发现,人的神经?#20302;?#23545;溴的化合物很敏感。在人体中注射或吸收少量溴的化合物后,神经便会逐渐被麻痹。这样,溴的化合物——溴化钾、溴化钠和溴化铵,在医学上便被用作镇?#24067;痢?#36890;常,都是把这三种化合物混合在?#40644;?#20351;用,配成的水溶液就是我们常听到的“三溴合剂”,压成片的便是常见的“三溴片”,是现在最重要的镇?#24067;?#20043;一。不过,溴化物主要从肾脏排泄出去,排泄比?#19979;?#38271;期地服用不太合适,容?#33258;?#25104;中毒。

    近年来,我国用溴和钨的化合物——溴化钨制造新光源。溴钨?#21697;?#24120;明亮而体积小,已开始用于我国电影摄影、舞台照明等方面。在高温时,碘钨灯中碘的蒸气是红色的,会吸收一部分光,影响发光效率,而溴蒸气在高温时是无色的,因此,溴已逐渐代替碘来制造卤化钨新光源。

    在有机化学上,溴也很重要,像溴?#20581;?#28340;仿、溴萘、溴乙烷都是常用的试剂。另外,在制造著名的汽油防震剂——四?#19968;?#38085;时,也离不了溴,因为要合成四?#19968;?#38085;,首先要创得中间产品——二溴乙烯。
    4、紫色的元素——碘
    碘,是法国巴黎的一位药剂师别尔恩加尔特·库尔?#21450;?#22312;1811年从海藻中发现的。纯净的碘,是紫黑色有光泽的片状晶体,它的希腊文的原意,便是“紫色的”意思。

    碘是一个很有意思的元素:碘虽然是非金属,但却?#28872;?#30528;金属般的光泽;碘虽然是固体,?#20174;?#24456;易升华,可以不经过液态而直接变为气态。人们常以为碘蒸气是紫红色的,其实不然,这是因为夹杂着空气的摄故,纯净的碘蒸气是深蓝色的。?#27426;?#30872;的盐类的颜色,大部分?#36141;?#39135;盐一样--都是白色晶体,只有极少数例外,如碘化银是浅黄色,碘化铜?#28872;?#30528;黄金般的色彩。碘,真是变化多端。

    碘在大自然中很少,仅占地壳总重量的一千万分之一。可是,由于碘很易升华,因此到处都有它的足迹:海水中有碘,岩石中有碘,甚至连最纯净的冰洲石、从宇宙空间掉下来的陨石、我们吃的葱、海里的鱼,都有微量的碘。海水中碘含量约为十万分之一,不过,海里倒有许多天然的“碘工厂”--海藻。它们从海水中吸收碘。据测定,在海藻灰中约含有1%的碘。世界上也有一些比较集中的碘矿,含有较多的碘酸钠和过碘酸钠。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机溶剂。碘溶液的颜色有紫色、红色、褐色、深褐色,颜色越深,表明碘溶解得越多。碘酒,便是碘的酒精溶液,它的颜色?#25970;?#28145;,便是因为碘很易溶解于酒精。碘酒能?#26412;?#24120;作皮肤消毒剂。涂了碘酒后,黄斑会逐渐消失,那是因为碘升华了,变成了蒸气,散失在空气中。

    大量的碘对人来说,是很毒的,碘蒸气会剧?#19994;卮碳?#30524;、鼻粘膜,会使人中毒致死。?#27426;?#20154;?#20174;?#19981;能缺乏少量的碘。在成年人体内,大约含有20?#37327;?#30340;碘,而共中约有一半是含在靠近喉头的甲状腺里。甲状腺是人体中很重要的器官,它分泌甲状腺素。一个人每年约分泌3.5克甲状腺素。碘是制造甲状腺素必不可缺的原料。缺少了碘,甲状腺素便不能正常分泌,人的脖子便会肿胀起来,发育不正常,得克山病或厚皮病。平常,人们大都是从海盐中吸取少量碘,因为海盐中总夹杂着少量的碘化钠或碘化钾。在我国西南山区,解放前由于缺少海盐,缺乏碘,有些人患肿脖子病--甲状腺肿大。现在,在这些地方,卫生部门在?#24050;?#20013;掺入少量碘化物,来消除这些缺碘症。

    人们发现,在牛或猪的饲料中,加入少量的碘化物,能促进它们的发育。母鸡经常加喂少量碘化物,可使受精率提高95—99%。
    另外,碘还有一个特殊的脾气--它和淀粉会形成一种复杂的蓝色化合物。可不是吗,当你用涂了碘酒的手去拿馒头时,手上立即会出现蓝斑。碘的这?#40644;?#27668;,在分析化学上得到了应用:著名的“碘定量法”,便是利用淀粉溶液来作指示剂。

    近年来,我国利用碘和钨的化合物--碘化钨,制成碘钨灯。大?#25233;?#36947;,普通的白炽灯泡中的?#25169;?#26159;用钨做的。通电时,?#25169;?#28201;?#20173;?#39640;,发光效?#23460;?#36234;高。但是,温度高了,钨丝就更易挥发,寿命也?#36864;?#30701;。在碘钨灯中,在钨丝上附着一层碘化钨。通电后,当?#25169;?#28201;度高于1400℃,碘化钨就受热分解,变成碘与钨。钨留在?#25169;?#19978;,而碘是极易升华的元素,便立即充满整个灯管。当钨丝上的钨受热蒸发,扩散到管壁上,若管壁温度高于200℃,碘?#20174;?#38056;作用生成碘化钨。碘化钨扩散到?#25169;浚质?#28909;分解,钨粘附于钨丝,而碘又升华到灯管各部分。如?#25628;?#29615;不已,?#21038;?#19997;保持原状,使用寿命很长。碘钨灯具有体积小、光色好、寿命长等优点。一支普通的碘钨灯管,比一支自来水笔还小,很轻便。通电后,射出白炽耀目的光芒。普通照明用的碘钨灯的使用寿命,可达5000小时左右。现在,我国已普遍应用碘钨灯,作为电影摄影、舞台、工厂、建筑物、广场?#26085;?#26126;光源。红外线碘钨灯,则用于工厂的加热、烘干操作。另外,高色温碘钨灯则用于电子照相。
    5.具有放射性的卤族元素——砹
    砹、钫是门捷列夫曾经指出的类碘和类铯,是莫斯莱所确定的原?#26377;?#25968;为85、87的元素。它们的发现经历了弯曲的道路。
    刚开始,化学家们根据门捷列夫的推断——类碘是一个卤素,类铯是一个碱金属元素,都是成盐的元素,就尝试从各种盐类里去寻找它们,但是一无所获。

    1925年7月英国化学家费里恩德特地选定了炎热的夏天去死海,寻找它们。但是,经过辛劳的化学分析和光谱分析后,?#27492;?#27627;没有发现这两个元素。
    后来又有不少化学?#39029;?#35797;利用光谱技术以及利用原子量作为?#40644;瓶?#21435;找这个元素,但都没有成功。1930年,美国阿拉巴马州工艺学院物理学教授阿立生宣布,在稀有的碱金属矿铯?#36136;?#21644;鳞云母中用磁光分析法,发现了87号元素。元素符号定为Vi。一年后,他用同样的方法在王水和独居石作用的萃取液中,发现了85号元素。元素符号定为Ab。可是不久,磁光分析法本身被否定了,利用它发现的元素也就不可能成立。

    1940年,由美国的考尔森、麦肯齐和西格雷,在美国加利福尼亚大学,用?#20142;?#23376;轰击铋获得85号元素。85号元素被命名为astatine,拉丁文名称是astatium,元素符号为At。

    砹是一种极不稳定的元素,约有25个同位素,其中要数210At半衰期最长,只有8.3小时。金属性质较本族其他元素强。易挥发,能溶于四氯化碳等有机溶剂中。与银化合生成难溶解的AgAt。性质似碘,但比碘较难还原、易氧化。

    (来源: 来宝网 )


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