氟气

更新时间:2022-06-30

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
熔点-219.62
密度1.554kg/m³
水溶性与水反应
沸点-188.1
EINECS号231-954-8
分子量37.9968
外观淡黄色气体,有刺激性气味
CAS号7782-41-4

发现

1768年,马格拉夫研究萤石,发现它与石膏重晶石不同,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

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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