[科普中國(guó)]-氟化物

氟化物指含負(fù)價(jià)氟的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物。與其他鹵素類似，氟生成單負(fù)陰離子（氟離子F?）。氟可與除He、Ne和Ar外的所有元素形成二元化合物。從致命毒素沙林到藥品依法韋侖，從難熔的氟化鈣到反應(yīng)性很強(qiáng)的四氟化硫都屬于氟化物的范疇。

2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，氟化物（飲用水中添加的無(wú)機(jī)物）3類致癌物清單中。

簡(jiǎn)介概述在鹵化物中，氟化物容易與某些高氧化態(tài)的陽(yáng)離子形成穩(wěn)定的配離子，如六氟合鋁酸根離子(AlF63ˉ)。與其他鹵化物不同，金屬鋰、堿土金屬和鑭系元素的氟化物難溶于水，而氟化銀可溶于水，其他金屬的氟化物易溶于水。氟化氫的水溶液稱氫氟酸，是一種弱酸。金屬氟化物還易形成酸式鹽，如氟氫酸鉀(KHF2)。

螢石(氟化鈣，或稱氟石)是天然礦物。堿金屬的氟化物可由其氫氧化物或碳酸鹽與氫氟酸作用而得。

舉例無(wú)機(jī)氟化物的水溶液含有F-和氟化氫根離子HF2-。 少數(shù)無(wú)機(jī)氟化物溶于水而不顯著水解。無(wú)機(jī)氟化物的例子有氫氟酸（HF）、氟化鈉（NaF）和六氟化鈾（UF6）。從反應(yīng)活性上看，氟化物與氯化物和其他鹵化物有顯著不同，由于半徑/電荷比小的緣故而溶劑化傾向更強(qiáng)，更趨近于氫氧化物。Si-F鍵屬于單鍵中鍵能較高的一類，其他硅鹵化物則很容易水解。氟化物礦物有很多，其中商業(yè)上比較重要的是螢石和氟磷灰石。在天然飲用水和食物中都有低濃度的氟化物存在，而地下水中的氟含量則要高一些。海水中平均為1.3ppm（1.2~1.5ppm），淡水中的則為0.01-0.3 ppm。

存在形式氟廣泛存在于自然水體中，人體各組織中都含有氟，但主要積聚在牙齒和骨筋中。適當(dāng)?shù)姆侨梭w所必需的，過(guò)量的氟對(duì)人體有危害，氟化鈉對(duì)人的致死量為6—12克，飲用水含2.4—5毫克/升則可出現(xiàn)氟骨癥。

規(guī)定我國(guó)規(guī)定飲用水中氟濃度小于1.0毫克/升，適宜濃度為1.4-2毫克/升。

毒性含氟化合物在結(jié)構(gòu)上可以有很大差異，因此很難概括出氟化物的一般毒性。氟化物的毒性與其反應(yīng)活性和結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)鹽而言，則是離解出氟離子的能力。

可溶的氟化物，例如最常見的NaF，具有適度的毒性，但已有與急性中毒有關(guān)聯(lián)的事故及自殺個(gè)案被報(bào)道出來(lái)。盡管最小致死劑量尚不清楚，已經(jīng)有報(bào)道稱4g NaF對(duì)一個(gè)成年人足以致命。少至0.2g的氟硅酸鈉（Na2SiF6）及其含氟更多的化合物可以致死，時(shí)間約為5-12小時(shí)。其致毒機(jī)理為，氟離子會(huì)與血液中的鈣離子結(jié)合，生成不溶的氟化鈣，從而進(jìn)一步造成低血鈣癥。由于鈣對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)至關(guān)重要，其濃度的降低可以是致命的。相應(yīng)的治療則包括用稀氫氧化鈣或氯化鈣溶液以防止進(jìn)一步的氟吸收，并且注射葡萄糖酸鈣以補(bǔ)充血鈣。氟化氫在相比之下更加危險(xiǎn)，因?yàn)樗哂懈g性和揮發(fā)性，因此可通過(guò)吸入或皮膚吸收而進(jìn)入人體，造成氟中毒。葡萄糖酸鈣是常用的解毒劑。

有一些有機(jī)氟化物是劇毒的，包括部分有機(jī)磷酸酯如沙林(甲氟膦酸異丙酯) 和二異丙基氟磷酸。它們可在肌神經(jīng)接合點(diǎn)與膽堿酯酶反應(yīng)，并因此阻止神經(jīng)刺激向肌肉傳遞。左圖中，抑制劑中反應(yīng)性強(qiáng)的F-P鍵是絲氨酸活性中心殘基親核進(jìn)攻的位點(diǎn)，反應(yīng)后F-離子離去，酶則失活。

雖然聚四氟乙烯是化學(xué)惰性且無(wú)毒的，但在炊具溫度超過(guò)260 °C后就會(huì)變性，并且在350 °C以上分解。這些降解產(chǎn)物可能對(duì)鳥類是致命的，也有可能在人類中導(dǎo)致類似流感的癥狀。相比之下，脂肪、油和黃油在200 °C以上燒焦變質(zhì)，而對(duì)于肉則是在200-230 °C之間。

在一份1959年（在美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局通過(guò)食物加工器材使用之前）的研究中，表明使用普通油時(shí)，有涂層的鍋干熱時(shí)放出的煙較普通鍋放出的毒性要小。1

應(yīng)用氟化物在現(xiàn)代科技中有重要應(yīng)用。氫氟酸是制取的最重要的氟化物，主要用于氟代烴和鋁氟化物的生產(chǎn)。此外，氫氟酸還有很多特別的應(yīng)用，如利用它來(lái)溶解玻璃。

有機(jī)合成含氟試劑在有機(jī)合成中有很重要的地位。由于硅對(duì)氟有較大的親合力，且硅有擴(kuò)展其配位數(shù)的傾向，現(xiàn)實(shí)中常用氟化物來(lái)脫去硅醚保護(hù)基。例如氟化鈉、四丁基氟化銨（TBAF）和氟化銫等。

酶抑制劑生物化學(xué)中，氟化物常被用為酶抑制劑，通常用于抑制磷酸酶，例如絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶。 其機(jī)理可能是替換了酶活性位點(diǎn)中親核性的氫氧根。氟化鈹和氟化鋁結(jié)構(gòu)上與磷酸根相類似，其中間體可與反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)構(gòu)型相競(jìng)爭(zhēng)，因此都可用作酶抑制劑。

無(wú)機(jī)材料六氟化硫是個(gè)惰性、無(wú)毒的絕緣氣體，常用在變壓器中。由于氣體擴(kuò)散速率不同，六氟化鈾被用于分離鈾-235和鈾-238，而鈾-235是核裂變的原料。

含氟聚合物含氟聚合物，例如聚四氟乙烯，特富龍，是化學(xué)惰性且對(duì)生物無(wú)害的材料，應(yīng)用于外科植入物材料中，譬如冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)中， 以及作為整容和重建外科中軟組織的替代品。它也是不粘鍋涂層和Gore-Tex公司戶外防水透氣型布料的主要材料。

口腔病防治含氟化合物被用于預(yù)防齲齒、飲水加氟及其他口腔衛(wèi)生產(chǎn)品中。起初是用氟化鈉來(lái)為飲用水加氟，但后來(lái)逐漸被氟硅酸（H2SiF6）及其鹽氟硅酸鈉（Na2SiF6）代替，尤其是在美國(guó)。飲水加氟可以預(yù)防齲齒，并被美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心（CDC）認(rèn)為是“20世紀(jì)10大公共健康成就之一”。然而在一些集中供水系統(tǒng)并不發(fā)達(dá)的國(guó)家，政府則采用對(duì)食鹽加氟的方法來(lái)補(bǔ)充氟。

生物醫(yī)藥應(yīng)用正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)利用了用氟-18標(biāo)記的含氟藥物氟脫氧葡萄糖，其在衰變到18O時(shí)會(huì)放出正電子。

含氟藥物包括：安定藥（如氟非那嗪）、HIV蛋白酶抑制劑（如替拉那韋）、抗生素（如氧氟沙星和曲氟沙星）以及麻醉劑（如氟烷）。 強(qiáng)C-F鍵可以抵抗肝中的細(xì)胞色素P450氧化酶，因此氟原子的引入可以減少藥物代謝。

氟化物電池：氟化物電池在未來(lái)或許將替代鋰離子電池。國(guó)外媒體報(bào)道稱，氟化物電池的續(xù)航理論上可以比鋰電池續(xù)航提升10倍。

電池一直是筆記本電腦和智能手機(jī)等電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件，更長(zhǎng)的續(xù)航則一直是電池面臨的瓶頸。來(lái)自KIT研究院(Institute of Technology)的研究人員取得了突破，有望大幅提升電能容量。

研究人員研發(fā)這種電池?zé)o需鋰元素，采用的是氟化物，基于氟化物內(nèi)部的返還穿行，可以在電極間轉(zhuǎn)換陰離子。由于沒(méi)有鋰離子，這種電池也更加安全。

4氟一氧化疝是液體。

測(cè)定方法液體氟化物的測(cè)定方法有氟試劑比色法、茜素磺酸鋯比色法和離子選擇電極法、離子色譜法等。比色法測(cè)水中含氟量有褪色和增色兩種方法，如茜素磺酸鉛鹽比色法就是利用氟離子和金屬鋯離子形成穩(wěn)定的無(wú)色化合物，使其從菌素磺酸鍺鹽(紅色整合物)中游離出來(lái)而褪色，進(jìn)行比色測(cè)定。該法測(cè)量誤差較大；氟試劑比色法為增色反應(yīng)，色度較穩(wěn)定，方法靈敏。

大氣大氣中的氣態(tài)氟化物主要是HF，也可能有少量的SiF4和CF4，含氟的粉塵主要是冰晶石（Na3AlF6)、螢石（CaF2)、氟化鋁(AlF3)、氟化鈉（NaF)及磷灰石等。氟化物屬高毒類物質(zhì)，由呼吸道進(jìn)入人體，會(huì)引起粘膜刺激、中毒等癥狀，并能影響各組織和器官的正常生理功能，對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育也會(huì)產(chǎn)生危害。

測(cè)定大氣中氟化物的方法有吸光光度法、濾膜（或?yàn)V紙）采樣-氟離子選擇電極法等。

濾膜采樣-氟離子選擇電極法：用磷酸氫二鉀溶液浸漬的玻璃纖維濾膜或碳酸氫鈉-甘油溶液浸漬的玻璃纖維濾膜采樣，則大氣中的氣態(tài)氟化物被吸收固定，塵態(tài)氟化物同時(shí)被阻留在濾膜上，采樣后的濾膜用水或酸浸取后，用氟離子選擇電極法測(cè)定。

自然界中的氟化物主要來(lái)源于火山爆發(fā)、高氟溫泉、干旱土壤、含氟巖石的風(fēng)化釋放以及化石燃料的燃燒等。這些氟化物可以分布在空氣中，也可以溶解在水體中?？諝庵械姆镏饕譃闅鈶B(tài)和顆粒狀固態(tài)。

氟化物氣體是一個(gè)系列，例如六氟化硫，三氟甲烷，六氟乙烷等十幾種氣態(tài)化合物。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)