9 F 氟 18.998
卤素 p-block Period 2 Group 17

氟

F · Element 9 · Halogens

The most electronegative element known: fluorine takes electrons from almost anything, including glass and water.

20°C时的状态 气态
原子量 18.998 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s² 2p⁵
8O All 118 10Ne

结构

氟 原子

这不是环上点阵的示意图，而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号，这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示氟在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 0.002 g/cm³ 4%
熔点 53.5 K 3%
沸点 85 K 4%
比热容 0.824 J/g·K
热导率 0.03 W/m·K 6%

原子

原子半径 50 pm 2%
共价半径 57 pm
范德华半径 147 pm

电子

电负性 3.98 100%
电离能 1680.8 kJ/mol 98%
电子亲和能 328 kJ/mol 99%

存在

地壳中的丰度 585 mg/kg 89%

身份

符号F
原子序数9
原子量18.998 u
类别卤素
区p
晶体结构立方
氧化态-1
发现时间1886
发现者Henri Moissan

来源：IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值，而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 氟 atom?

Radius 50 pm — that is 0.05 nm, so about 10000 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

氟 is liquid over a 32 K window, from 53 K to 85 K.

所在位置

在表中的位置

氟 sits in period 2, group 17. Everything in group 17 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER 卤素

17Cl 35Br 53I 117Ts
All 卤素

故事

氟 是什么，以及我们如何发现它

反应性最强的元素

氟是元素周期表中电负性最高、反应性最强的元素，因此获得了“反应性之王”的称号。这种淡黄色的剧毒气态物质几乎会攻击其他所有元素，包括氙和氪等稀有气体，而人们曾认为这些稀有气体完全不会发生反应。

Henri Moissan 于1886年发现了氟。此前，化学家们经过数十年危险的尝试，氟始终难以被分离出来，以至于它被戏称为“拒绝被发现的元素”。纯氟的极端反应性使其处理起来极其危险，但它的化合物却彻底改变了现代生活。

趣味事实：氟的反应性极强，甚至能让水燃烧！当氟气与水蒸气接触时，反应生成的氢气可能被点燃，形成诡异的火焰。

尽管氟以单质形式存在时名声可怖，但氟的化合物对现代社会至关重要。从炊具上的不粘涂层（Teflon），到能够预防龋齿的牙膏中的氟化物，受控的氟化学在要求采取极端安全措施的同时，也带来了数不清的益处。

氟的独特性质源于其较小的原子尺寸和最高的电负性（Pauling 标度上的4.0）。这使它成为终极“电子窃贼”，能与其他元素形成极强的化学键，并生成一些化学领域已知最稳定的化合物，包括温室气体六氟化硫（SF₆）。

应用

氟的用途

工业应用与制造

铀浓缩与核工业

氟最大的工业用途是用于六氟化铀（UF₆）生产，以进行核燃料浓缩：

  • 气态扩散法——UF₆通过选择性屏障进行处理，以浓缩U-235
  • 气态离心浓缩——高速离心机根据质量差异分离同位素
  • 核燃料制造——浓缩铀被转化回二氧化铀，用作反应堆燃料
  • 气态氟生产——无水氟化氢电解产生纯氟
  • 核废料处理——含氟化合物有助于从乏燃料中回收有价值的材料

含氟聚合物制造

氟可形成耐久性极强且耐化学腐蚀的聚合物：

  • 聚四氟乙烯（PTFE/Teflon）——不粘炊具、垫片和耐化学腐蚀衬里
  • 氟化乙烯丙烯（FEP）——电线绝缘和化学加工设备
  • 全氟烷氧基（PFA）——高纯度半导体制造设备
  • 聚偏二氟乙烯（PVDF）——建筑膜材和化工厂管道
  • 氟橡胶（Viton）——用于航空航天和汽车应用的耐高温密封件

制冷与空调

含氟化合物革新了制冷技术：

  • 氢氟碳化合物（HFCs）——R-134a、R-410A及其他用于HVAC系统的制冷剂
  • 氢氟烯烃（HFOs）——下一代低GWP制冷剂，如R-1234yf
  • 全氟化碳（PFCs）——用于极低温应用的专用制冷剂
  • 发泡剂——用于制造冰箱和建筑保温材料中的隔热泡沫
  • 热泵应用——实现高效的供暖和制冷系统

电子与半导体行业

含氟化合物是现代电子产品制造不可或缺的材料：

  • 等离子刻蚀——CF₄、SF₆和NF₃以原子级精度刻蚀硅晶圆
  • 腔室清洁——含氟气体清洁化学气相沉积反应器
  • 介电材料——含氟聚合物为微芯片提供电绝缘
  • 锂电池电解质——含氟溶剂提高电池性能和安全
  • 光刻——含氟光刻胶支持极紫外（EUV）半导体制造

制药与农用化学品行业

氟可显著增强药物和农药的性质：

  • 含氟药物——20%的药物含有氟，包括抗抑郁药和抗生素
  • 正电子发射断层扫描——氟-18同位素可用于医学成像
  • 麻醉剂——七氟醚和地氟醚可提供安全的手术麻醉
  • 农业杀虫剂——含氟化合物提高杀虫剂的有效性和选择性
  • 兽药——氟喹诺酮类抗生素用于治疗动物感染

金属表面处理

含氟化合物可提供优异的表面保护：

  • 铝阳极氧化——氢氟酸形成保护性氧化层
  • 不锈钢酸洗——去除氧化皮并提高耐腐蚀性
  • 玻璃蚀刻——氟化氢形成装饰性和功能性的玻璃表面
  • 硅晶圆抛光——含氟溶液形成原子级平滑表面
  • 金属清洁——去除金属表面的锈、氧化皮和污染物

航空航天与国防应用

含氟化合物使极端环境技术成为可能：

  • 火箭推进剂——氟可为太空任务提供最高的比冲
  • 高超声速飞行器冷却——氟碳冷却剂可承受极端温度
  • 卫星部件——含氟聚合物耐辐射，并可承受极端温度循环
  • 军事应用——用于国防技术的专用含氟化合物
  • 航天服材料——含氟织物提供化学防护和紫外线防护

日常消费应用

牙科和口腔健康产品

  • 含氟牙膏——氟化钠和氟化亚锡可预防蛀牙，全球95%的牙膏含有此类成分
  • 专业牙科治疗——由牙医和口腔卫生师涂敷的氟化物涂层剂和凝胶
  • 漱口水和含漱液——用于日常口腔护理的氟化钠溶液
  • 牙齿修复材料——释放氟化物的牙科填充材料和窝沟封闭剂
  • 市政供水加氟——惠及全球4亿人的公共卫生措施
  • 儿童补充剂——非加氟地区使用的氟化物滴剂和片剂

不粘炊具和厨房产品

  • 特氟龙涂层平底锅——数百万件炊具采用PTFE不粘表面
  • 烤盘和模具——适用于家庭和商业烘焙的易脱模表面
  • 厨房用具——带有含氟聚合物涂层的锅铲、夹子和工具
  • 食品包装——带有含氟涂层的防油纸张和纸板
  • 微波炉炊具——耐热的含氟聚合物容器和内衬
  • 咖啡机——不粘加热板和冲泡腔

纺织品和户外装备

  • 防水服装——Gore-Tex及类似薄膜使用膨体PTFE
  • 防污织物——Scotchgard及类似处理可排斥液体和污渍
  • 户外装备——采用含氟防水剂的帐篷、睡袋和背包
  • 装饰面保护——家具和汽车座椅处理剂可抵抗液体泼洒和污渍
  • 地毯处理剂——含氟涂层可保护地毯，防止沾染泥土和污渍
  • 运动服——采用含氟聚合物处理的吸湿排汗织物

汽车应用

  • 空调系统——大多数现代汽车使用R-134a等HFC制冷剂
  • 制动液——含氟化合物可提供高温稳定性
  • 燃油软管和密封件——氟橡胶可抵抗汽油和乙醇腐蚀
  • 车漆保护——含氟聚合物清漆可保护汽车漆面
  • 挡风玻璃处理剂——含氟涂层可提高防水性
  • 发动机部件——PTFE涂层活塞和轴承可减少摩擦

家居和个人护理产品

  • 护发产品——洗发水和护发素中的含氟表面活性剂
  • 化妆品——持久型化妆品配方中的含氟成分
  • 清洁产品——专用清洁剂和脱脂剂中的含氟表面活性剂
  • 地板蜡——含氟聚合物添加剂可提供持久保护
  • 木材处理剂——含氟化合物可保护户外木平台和墙板
  • 金属抛光剂——铬和铝清洁剂中的氟化物

体育和休闲

  • 滑雪板和单板滑雪板蜡——含氟蜡可提供卓越的滑行性能
  • 钓鱼线——碳氟线在水下几乎不可见
  • 高尔夫球涂层——含氟聚合物表面可改善空气动力学性能
  • 自行车润滑剂——以PTFE为基础的链条润滑剂可减少维护需求
  • 保龄球道养护——含氟油可形成一致的比赛表面
  • 游泳池化学品——用于水处理的专用含氟化合物

医疗和健康设备

  • 医疗植入物——PTFE血管移植物和关节置换部件
  • 牙线——PTFE涂层牙线可在牙齿之间顺畅滑动
  • 隐形眼镜——含氟聚合物材料可提高舒适度和透氧性
  • 手术器械——不粘涂层可防止组织粘连
  • 药物递送系统——含氟聚合物可控制药物释放速率
  • 诊断设备——使用氟-18进行PET扫描以检测癌症

电子产品和技术

  • 智能手机屏幕——含氟涂层可防止指纹附着
  • 计算机电缆——高性能数据电缆中的PTFE绝缘层
  • 相机镜头——含氟玻璃可减少色差
  • 游戏设备——采用含氟聚合物表面的低摩擦鼠标垫
  • 太阳能电池板——含氟背板材料可保护光伏电池
  • LED照明——高效照明设备中的含氟聚合物透镜和反射器

来源

自然存在

585 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 89% of elements

自然来源与全球分布

矿物产出与地质来源

由于氟的反应性极强，氟在自然界中从不以游离元素形式存在，但会在地壳中形成丰富的矿物。地壳平均丰度为625 parts per million，氟在岩石圈中丰度排名第13位。

主要含氟矿物

  • 萤石（CaF₂） - 最重要的氟矿石，可形成紫色、绿色、蓝色和透明等美丽的立方晶体
  • 冰晶石（Na₃AlF₆） - 稀有的氟化铝钠，历史上曾在格陵兰开采，用于铝生产
  • 黄玉（Al₂SiO₄(F,OH)₂） - 含氟的硅酸铝宝石
  • 锂云母（K(Li,Al)₃(Si,Al)₄O₁₀(F,OH)₂） - 含锂且含氟的云母
  • 电气石族 - 某些品种中含氟的复杂硼硅酸盐
  • 磷灰石（Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH)） - 其中部分成分被氟取代的磷酸钙

全球主要萤石矿床

世界萤石生产集中于重要的地质构造带：

  • 中国 - 占全球市场份额的67%，湖南、江西和内蒙古拥有主要矿床
  • 墨西哥 - 圣路易斯波托西州的Las Cuevas矿床生产高品位酸级萤石
  • 蒙古 - Bor Undur和Tsagaan Chuluut矿床供应亚洲市场
  • 南非 - Witkop和Vergenoeg矿山生产萤石及副产氟石
  • 西班牙 - 阿斯图里亚斯地区在历史上对欧洲萤石供应十分重要
  • 美国 - 伊利诺伊州—肯塔基州矿区和西部各州拥有大量储量

热液与地质形成

萤石矿床通过特定地质环境中的热液过程形成：

  • 浅成热液矿床 - 低温热液在裂隙和矿脉中沉积萤石
  • 密西西比河谷型矿床 - 与铅锌成矿作用相关的沉积岩容矿萤石
  • 花岗岩相关矿床 - 富氟花岗质岩浆形成伟晶岩和云英岩
  • 碳酸岩杂岩 - 碱性火成岩在特殊矿物组合中富集氟
  • 火山环境 - 富氟火山气体形成地表矿床和温泉

海水与海洋环境

海洋中含有最大的溶解态氟化物储库，平均浓度为1.3 mg/L（1.3 ppm）：

  • 海洋氟化物总量 - 约18亿吨溶解在世界海洋中
  • 海洋生物 - 一些海洋生物会在贝壳和骨骼中富集氟
  • 珊瑚礁 - 在特定条件下，氟化钙会在珊瑚骨骼中沉淀
  • 深海卤水 - 热液喷口释放富氟流体
  • 蒸发岩矿床 - 古代海水蒸发使含氟矿物富集

地下水与地表水系统

自然界中的氟化物通过岩石与水的相互作用进入淡水系统：

  • 花岗岩含水层 - 含氟矿物风化释放氟化物
  • 火山地区水体 - 地热活动形成高氟地下水
  • 沉积含水层 - 离子交换过程使氟化物随时间富集
  • 温泉 - 地热水通常含有较高浓度的氟化物
  • 自流井 - 深层地下水中的自然氟含量可能较高

生物富集与摄取

生物体以复杂的方式与环境中的氟化物相互作用：

  • 植物摄取 - 茶树（Camellia sinensis）会在叶片中富集氟
  • 骨骼和牙齿 - 脊椎动物将氟掺入磷酸钙结构中
  • 海洋贝壳 - 软体动物和甲壳动物从海水中富集氟
  • 生物累积 - 一些生物体内的氟浓度会超过其环境中的水平
  • 地方性氟中毒 - 自然界高浓度氟会导致受影响地区出现健康问题

火山与地热来源

活跃的地质过程会持续释放含氟化合物：

  • 火山喷发物 - 火山喷发时释放氟化氢气体
  • 喷气孔 - 火山气体喷口释放含氟化合物
  • 地热田 - 温泉和间歇泉含有溶解态氟化物
  • 岩浆过程 - 氟在晚期岩浆流体中富集
  • 变质反应 - 高温过程使地壳岩石中的氟发生迁移

宇宙与地外产出

氟在宇宙中的丰度及其空间分布：

  • 太阳系丰度 - 氟在宇宙元素丰度中排名第24位
  • 恒星核合成 - 通过中子俘获在渐近巨星支恒星中生成
  • 陨石 - 一些碳质球粒陨石中发现含氟矿物
  • 彗星物质 - 在一些彗尾中探测到氟化氢
  • 星际空间 - 在分子云中探测到氟化氢分子

处理

安全

极端安全防护措施和危害信息

剧毒且具有强腐蚀性：氟气态是已知最危险的物质之一。它会造成严重灼伤，吸入可致命，并会与大多数材料发生爆炸性反应。氟化氢同样危险，可能造成延迟性且潜在致命的中毒。

急性毒性和接触危害

氟和氟化氢会造成严重的健康影响：

  • 呼吸毒性 - 氟气态会立即灼伤肺部和呼吸道
  • 皮肤和眼睛灼伤 - 接触会造成严重化学灼伤，且可能不会立即感到疼痛
  • 延迟性毒性 - 接触氟化氢数小时后可能出现延迟性致命影响
  • 全身性中毒 - 氟离子会干扰细胞代谢，并可能导致心脏骤停
  • 骨骼和牙齿影响 - 慢性接触会导致骨骼氟中毒和牙齿损伤

职业接触限值

极低的接触限值反映了氟的毒性：

  • 氟气态 - OSHA PEL：0.1 ppm（8小时TWA），STEL：0.3 ppm
  • 氟化氢 - OSHA PEL：3 ppm（最高限值），即使在低浓度下也具有极强毒性
  • 氟化物 - 对大多数无机氟化物，以氟计为2.5 mg/m³
  • 医学监护 - 接触氟化物的工作人员必须接受医学监护
  • 呼吸防护 - 存在任何接触风险时，必须使用自给式呼吸器

应急响应和急救

需要立即接受医疗救治：任何氟气态或氢氟酸接触都需要立即接受紧急医疗处理。延误可能致命。

关键应急程序：

  • 吸入接触 - 立即转移至空气新鲜处，提供100%氧气，并呼叫急救服务
  • 皮肤接触 - 脱去受污染的衣物，用大量水冲洗15+分钟，并涂抹葡萄糖酸钙凝胶
  • 眼睛接触 - 用水冲洗15+分钟，取下隐形眼镜，并立即寻求眼科治疗
  • 摄入 - 切勿催吐；意识清醒时给予含钙抗酸剂，并接受紧急医疗救治
  • 全身性治疗 - 静脉注射葡萄糖酸钙、心脏监护和重症监护支持

火灾和爆炸危害

氟会造成极高的火灾和爆炸风险：

  • 强氧化剂 - 氟可以点燃大多数材料，包括水和混凝土
  • 爆炸性反应 - 与有机材料、氢或氨接触会引发剧烈爆炸
  • 消防 - 水可能发生剧烈反应，需要专门培训和设备
  • 容纳系统 - 仅与特定的含氟聚合物和某些金属相容
  • 储存要求 - 必须隔离储存，远离所有可燃和反应性材料

个人防护装备

处理氟时需要最高级别的防护：

  • 呼吸防护 - 自给式呼吸器（SCBA）或供气式呼吸系统
  • 皮肤防护 - 全封闭式化学防护服
  • 眼睛防护 - 全面罩呼吸器，或配有面罩的化学防溅护目镜
  • 手部防护 - 适用于HF接触的含氟聚合物手套或银衬里手套
  • 应急设备 - 葡萄糖酸钙凝胶、紧急淋浴设备和洗眼站

实验室和工业安全

氟作业的专门安全措施：

  • 通风橱 - 特殊的耐腐蚀通风系统
  • 气体检测 - 持续监测氟和氟化氢
  • 应急程序 - 针对泄漏、渗漏和接触事故的详细规程
  • 培训要求 - 开展任何氟作业前必须接受全面的安全培训
  • 医学监测 - 定期对接触人员进行健康监测

环境和社区安全

氟化物需要进行谨慎的环境管理：

  • 空气排放 - 必须使用洗涤系统以防止释放到大气中
  • 废水排放 - 排放前必须进行处理，以符合氟化物限值
  • 土壤污染 - 氟化物可能在土壤中积累并影响植物生长
  • 社区接触 - 使用氟的设施必须制定应急计划
  • 废物处置 - 含氟废物需要专门处理和处置

运输和储存法规

氟的运输和储存受严格法规监管：

  • DOT分类 - 毒性气体、腐蚀性和氧化剂危害类别
  • 运输限制 - 禁止通过客运飞机运输，仅限有限数量
  • 容器要求 - 使用为氟工况设计的专用气瓶和容器
  • 应急响应 - 事故由CHEMTREC和专业响应团队处理
  • 安保措施 - 鉴于可能被滥用，需要加强安保

慢性健康影响

长期接触可能造成永久性健康损害：

  • 骨骼氟中毒 - 过量氟化物积累会导致骨骼畸形和疼痛
  • 牙 fluorosis - 慢性接触会导致牙齿变色和点蚀
  • 呼吸系统影响 - 慢性吸入可能导致肺纤维化
  • 神经系统影响 - 一些研究提示其可能与认知障碍有关
  • 致癌性 - 某些氟化物被归类为可能致癌物

快速回答

氟：常见问题

What is 氟?

氟 (symbol F) is element 9 on the periodic table, a 卤素 in period 2, group 17. The most electronegative element known: fluorine takes electrons from almost anything, including glass and water. At room temperature it is a gas.

What is the electron configuration of 氟?

氟's ground-state electron configuration is [He] 2s² 2p⁵, giving 2 occupied shells holding 2, 7 electrons respectively. Its outer shell holds 7 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

What are the melting and boiling points of 氟?

氟 melts at 53.5 K (-219.7 °C) and boils at 85 K (-188.1 °C).

What is the atomic mass of 氟?

The standard atomic weight of 氟 is 18.998 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is 氟?

氟 is a gas at room temperature; its density is about 1.696 g/L at 0 °C and 1 atm — roughly heavier than air.

What is the electronegativity of 氟?

氟 has a Pauling electronegativity of 3.98. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this high means it tends to pull electrons away from almost anything it bonds with.

Who discovered 氟, and when?

氟 was discovered in 1886 by Henri Moissan. It is named after latin fluere, "to flow".

How common is 氟 on Earth?

氟 makes up about 585 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.

← 上一个 O Oxygen Element 8 · Nonmetal 下一个 → Ne Neon Element 10 · Noble gas