【元素家族——連載64】史上最暴烈元素是怎樣煉成的

氟在元素周期表上排名第九，在宇宙中的丰度只排在第24名，跟它周邊的碳、氮、氧、氖、鈉、鎂等相比，都少了不止一個數量級。

這是因為一方面氟的原子序數是奇數，不會由α鏈式反應得到，另一方面氟原子核的截半徑太大，非常容易與氫核反應生成氧核和氦核，也容易與氦核反應生成氖核和氫核，所以在一般的恆星中，氟元素只是一個中間產物。

然而宇宙中畢竟是有氟的，它們來自哪裡呢？主要來自三方面：

1， 在氧元素那一章節我們提到，如果有一顆超大恆星質量達到九個太陽質量以上，它最終的內部結構將是一個像洋蔥的形狀，越往裡的元素更重。在壽終正寢的時候會發生一次激烈爆炸，被稱為「II型超新星」。這樣的劇烈爆發中會產生很多的中微子，這些中微子會與氖核反應生成氟核。

【1987年在大麥哲倫星雲中觀測到一顆「II型超新星」爆發，圖片是20餘年後這顆超新星噴出的氣體殘餘。】

2， 如果一顆恆星的質量更大，大到10-40個太陽質量，有的甚至達到70個太陽質量，天文學家叫這類恆星「沃爾夫*拉葉星」。這樣大質量的恆星內部的引力非常強大，因此核反應會異常劇烈，導致他們的溫度超高，可以達到30000-200000度，而他們的壽命又是尤其的短，只有10-100萬年。這類恆星中央是一個高溫的核，常以每秒1000—2000公里的速度不斷地向外拋射物質，在恆星周圍形成巨大的氣殼。在這種拋射過程中，有可能會將中間產物氟核拋射出去，避免它與氫或氦反應。天文學家預測，銀河系中大約有500顆「沃爾夫*拉葉星」，它們是恆星中的高富帥！

【哈勃望遠鏡拍攝到的一顆「沃爾夫*拉葉星」，中間高亮的是它的星核，由氦、碳、氮、氧組成，其高溫讓這些元素繼續融合成更高的元素。外圍都是它噴射出的氣體，這些氣體未來有可能會形成一顆新的恆星或者一個行星系。】

3， 氟不僅產生於高富帥恆星，也產生於二代或三代、四代屌絲恆星內。每顆恆星都將經歷生老病死，氫燃燒成氦，恆星中心形成一個氦核，隨著時間的延長，氦核周圍的氫越來越少，中心核產生的能量已經不足以維持其輻射，於是平衡被打破，引力佔了上風，有著氦核和氫外殼的恆星在引力作用下收縮坍塌，使其密度、壓強和溫度都急劇升高，氫的燃燒向氦核周圍的一個殼層里推進。這以後恆星演化的過程是：內核收縮、外殼膨脹，變成一顆紅巨星。其中0.5-7個太陽質量的屌絲恆星叫做「漸近巨星」（AGB），這種漸近巨星喜歡噴射出大量的塵埃粒子，其中就有氟原子核。

【漸近巨星的模型，最後會變成一顆行星狀星雲，咱太陽最後的結果就是這樣。】

由此看來，經歷了130多億年的歲月，宇宙中的元素已經被這幫恆星們折騰過好多次了，所以才能在我們的地球上看到各色各樣的元素，氟雖然在宇宙中含量甚少，在地球上的分布還算的過去，大約有600-700ppm，在元素中排名第13了。

由於氟的強烈活性，在地球上一般不以單質形式存在，都以鹽類的形式存在。最多見的就是螢石。

螢石的成分很簡單，就是氟化鈣，以立方體或者八面體的晶體存在。其中經常混雜著其他元素，因而呈現出各種各樣的顏色。晶體形狀完整、顏色美麗的螢石可以堪稱寶石哦！全球最大一顆寶石級螢石切割後重232.25克拉，產自斯里蘭卡，深綠色採用了唐卡夫切工，（也稱千禧切工）這使螢石本來不高的折射率最大限度地體現出來，讓這顆寶石光彩奪目。

【納米比亞出產的寶石級螢石，重達30克。】

早在7000年前，中國的河姆渡人已經採用螢石做裝飾品了。後來人們發現在冶煉金屬時加入一點螢石，可以讓爐渣的流動性更好。因此螢石成為金屬冶煉的重要助劑。這一點最早被德國博物學家阿格里科拉記錄下來，他將螢石命名為fluorspar，來源於拉丁語的flux，意為流動。

現在螢石更多的被用於生產氫氟酸，並進一步被用於氟化工。截至現在，氟化工還是精細化工的高精尖。有一個段子，「世界螢石在中國，中國螢石在浙江，浙江螢石在金華，金華螢石在武義。」中國巨大的螢石儲量支持了氟化工的迅速發展。

螢石還作為助溶劑用於玻璃工業；在水泥工業中作為礦化劑，可以降低爐料的燒結溫度；在陶瓷工業中用作瓷釉，起到助色和助熔作用。螢石真可謂多才多藝啊！

【這些粗糙的螢石看似廢物，卻是很有珍貴的工業原料。】

古印度人發現，有個小山崗，那裡有很多眼鏡蛇總圍著一塊大石頭。這種奇異的自然現象引起人們探索奧秘的興趣。原來，每當夜幕降臨，這裡的大石頭會閃爍微藍色的亮光，許多具有趨光性的昆蟲便紛紛到此石頭上空飛舞，青蛙跳出來競相捕食昆蟲，躲在不遠處的眼鏡蛇也紛紛趕來捕食青蛙。於是，人們把這種石頭叫作「蛇眼石」。現在我們知道蛇眼石就是螢石。

礦物內的電子在外界能量的刺激下，會由低能狀態進入高能狀態，當外界能量刺激停止時，電子又由高能狀態轉入低能狀態，這個過程就會發光，這就是「熒光」。螢石在日光燈照射後可發光幾十小時，這種光相對微弱，白天看不見，夜裡卻很亮。傳說中的「夜明珠」就是這個機理，螢石只是其中的一種。

1852年，因為螢石的熒光現象，熒光被稱為「fluorescence」，取自螢石的「fluorite」。所以，氟、螢石、熒光都源於同一個詞根：流動「flux」。

【一顆直徑1.72米、重達8噸的夜明珠亮相浙江東方地質博物館，這是世界上最大的夜明珠。】

除了螢石之外，地球上分布最多的氟化合物就是冰晶石了，它的化學結構是六氟鋁酸鈉（Na3AlF6）。它沒有像螢石那樣光彩奪目，卻是重要的工業原料，由於熔融的冰晶石可以熔解氧化鋁，所以在電解鋁工業中用作助熔劑，迄今為止還沒有發現另一種化合物可以代替冰晶石的。這是因為冰晶石除了能夠溶解氧化鋁以外還具有其它一些不可缺少的性質，如不含比鋁更正電性的元素，穩定性好，在一般條件下不分解、不揮發、不潮解，熔點高於鋁，導電性好，節約電量等。可以說，如果沒有冰晶石，全世界也許就沒有如此大規模的鋁工業，價格也就沒有這麼低，應用也就沒有這麼廣泛。

【格陵蘭島的冰晶石礦。】

冰晶石在自然界比較稀少，只有在格陵蘭島有巨大的分布，但是已經被開採殆盡。現在多用螢石合成冰晶石，但是螢石也不是什麼便宜的資源。如果能解決冰晶石的供應問題，或者找到更廉價的替代品，鋁工業將會發展更好。

【格陵蘭島發現的外觀不錯的冰晶石。】

還記得嗎？前面我們提到氟「在地球上一般不以單質形式存在」，看到「一般」二字沒有？既然有一般，就一定有特殊。科學家們還真的在一種叫做「嘔吐石」的東西裡面發現了氟氣的存在。如果你覺得「嘔吐石」這個詞還不夠直截了當，那不妨將其理解為「變成化石的嘔吐物」，沒錯，就是史前動物嘔吐物的化石。這種石頭會發出特別惡臭的氣味，經常讓礦工們噁心嘔吐，這其中也有氟氣的「貢獻」。

【魚龍的嘔吐石，據信由大約1.6億年前一種被稱之為「魚龍」的海洋爬行動物吐出。】

說完了宇宙和地球上的氟，其實氟在人體內也有不少呢，最主要存在我們的牙齒和骨骼里，佔據了人體內所有氟的90%，這是因為氟可以幫助我們的骨質更加緊密。

居住在我國雲南、貴州、山西、陝西、河南等地區的人，有不少人的牙上有很多棕色的斑跡，粗看起來就像是小花點，當地人把這叫做「花斑牙」。原來，這些地區的飲水中含氟的礦物質成分較高，過多的氟影響了牙齒的結構，使牙齒局部變色，醫學上把這稱為「氟斑牙」。

【氟斑牙的形態，可不是因為他們不愛刷牙哦。】

這些生氟斑牙的人雖然外觀欠佳，卻有一個非常好的優點，他們非常不容易得齲齒。原來，氟在牙齒中可以起到抗菌、抗酸、抗酶的作用。那麼是不是氟斑牙越嚴重就越不容易生蛀牙呢？倒也不是，如果含氟量過高，牙釉質在發育期間遭到嚴重影響，這種牙齒的結構疏鬆，也難免會生蛀牙。

在高氟地區，如果人們長期飲用含氟量高的水，會造成慢性中毒，甚至引起「氟骨症」，得這種病的人會腰腿關節疼痛、關節僵直、骨骼變形等等。

【高氟地區的氟骨症患者，關節和骨骼已經變形，任何事物都是兩面的，氟多了也沒有好處。】

因為這個原因，一些商家推出了「含氟牙膏」，號稱可以治蛀牙。其實，在低氟地區，用一些「含氟牙膏」是沒有問題的，但是不要期望效果會有多大，因為本身我們每天的食物里就有微量的氟啊，你可不要指望使用了「含氟牙膏」之後，就能得到心儀已久的花斑牙啊。

如果本身你就在高氟地區了，那可要真的要注意了，因為長期過量攝入氟會極大可能引起「氟骨症」。

另外，即使你在低氟地區，也要盡量避免讓兒童使用含氟牙膏，因為兒童吞咽功能不健全，刷牙也不夠熟練，牙縫裡常常會殘留較多牙膏，甚至會把漱口水咽進肚裡，如果長期使用含氟牙膏，將會導致體內氟攝入量增加，千萬不能因小失大哦。

【含氟牙膏需要慎用。】

文末，推薦一下我的公眾號：理性邊界。《元素家族》系列文章已經寫到鉑系元素，歷經200多篇，在公眾號里全系列連載。但知乎上均為審閱版本，公眾號里為原始版本，希望大家多多指點。

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