在记忆深处的电视牙膏广告中,经常出现一个关键词——“含氟护齿”。广告说,牙膏中的含氟成分,能有效对抗蛀牙,让牙齿更坚固。

　　但近几年,人们买牙膏又开始追求“不含氟”,还有说含氟牙膏的沫吃下去会致癌?

　　其实这种种传闻都要从“令人氟气”的氟说起……

　　暴脾气

　　氟是元素周期表第9号元素,元素符号为F,是“卤族元素”中原子量最小的成员。它的单质形态是淡黄色的氟气(常温下),但它在地球上极少以单质形态存在,总是与其他元素形成化合物。

　　这是因为,氟原子核周围环绕着9个电子,其中内层2个、外层7个,再多一个电子就能达到“2+8”的稳定电子结构。因此它很擅长从其他元素那里“俘获”电子,化学性质极其活泼。

　　就像足球场上的“9号”通常是进攻矛头——前锋,身为第9号元素的氟,也是“攻击力”最强的非金属元素:它在常温甚至低温下,就会与大多数金属元素发生剧烈反应,直接燃烧起来;遇到碳、硅、硫、磷等常见非金属元素,也能“擦出火花”。

　　如果以上描述还不能说明氟有多么“暴躁”,可以跟它在周期表上的“邻居”——氧(8号元素)对比一下:氧已经是十分活泼的元素,但氧气与氢气发生反应,仍需要点燃才行,之后安静燃烧产生蓝色火焰,生成水;而氟气在低温、黑暗条件下,就能直接和氢气发生反应,爆炸并大量放热,生成腐蚀性极强的氟化氢(HF,水溶液称为氢氟酸)。而当氟气遇上水时,也能把水分子中的氧“踢”出去,自己与氢结合成氢氟酸!如此强势,不得不“服气”。

　　氢氟酸在化学上算作“弱酸”,但腐蚀性极强,过去常用于蚀刻玻璃,在玻璃制品上雕出花纹。由于对人体太危险,这种工艺如今已较少使用。

　　收割化学家的“死亡元素”

　　氟能和这么多元素剧烈反应,对人而言当然也极为危险。氟元素的发现历程,堪称一部悲壮史诗。

　　1764年,德国学者马格拉夫用萤石与硫酸反应,得到了一种能蚀刻玻璃的物质。7年后,瑞典化学家舍勒重复了实验,又用硝酸、磷酸替换硫酸,也得到相同结果。舍勒大胆猜想这是一种新的酸,命名为“萤石酸”——也就是氢氟酸。可惜舍勒随后因氢氟酸中毒,放弃了后续研究。

　　1810年,法国物理学家安培(电流单位就以他命名)提出,萤石酸是由一种未知的“类氯元素”,与氢元素化合形成。英国化学家戴维表示赞同,并把这种“类氯元素”取名为氟(Fluorine)。从此,化学家们踏上了提取氟的旅程,死神却在路上挥舞着镰刀……

　　第一个受害者,很可能是戴维本人。他尝试通过电解氟化氢来提取氟,但氟的性质太活泼,他用的金属电极都被严重腐蚀。他自己也因氟中毒健康大损,50岁时逝世。

　　1836年,爱尔兰的化学家诺克斯兄弟,改用氯气和氟化汞混合加热,得到了少量氟气。但氟气腐蚀性太强,他们无法将其收集起来,反而险些双双死于氟中毒。随后,比利时化学家鲁耶特、法国化学家尼克尔斯,也被氟中毒夺去了生命。

　　直到1886年,法国化学家莫瓦桑设计出低温电解装置,终于成功收集到了纯净的氟气。历经一个多世纪,探索氟的历程终于落下帷幕,莫瓦桑也于1906年被授予诺贝尔化学奖。但长期与氟为伴,让他患上了“氟骨病”,晚年几乎卧床不起,获奖后第二年就离开了人世。

　　含氟牙膏到底该不该用?

　　含氟牙膏中的氟,是以可溶性氟化物的形式做成添加剂,微量加入牙膏。这种可溶性氟化物,能与牙齿外层(牙釉质)的主要成分——羟(qiang)基磷酸钙发生反应,生成更加坚固、口腔细菌难以腐蚀的氟磷酸钙,减少牙菌斑。不仅如此,这些氟化物还能促进牙齿表面矿物质的沉积,修复受损的牙釉质。所以含氟牙膏,确实能护牙。

　　但为啥现在又流行“不含氟”招牌了呢?因为如果儿童牙齿接触过多的氟,又会得“氟牙症”:牙齿出现白垩色到褐色的牙斑,甚至造成牙釉质缺损。在一些水源含氟过多的地区,当地儿童更容易患氟牙症。因此牙科专家建议,3岁以下幼儿不要用含氟牙膏,3～6岁的儿童也要慎用。

　　所以含氟牙膏添加的氟化物,能修复牙釉质、让牙齿更耐细菌侵蚀,不过前面也讲了狂暴的氟元素就是这样“忽冷忽热”的家伙,要因人而异正确选择牙膏,正常使用不会危害身体,把牙膏沫子当早饭咽那肯定也不太好。

　　因为如果儿童牙齿接触过多的氟,又会得“氟牙症”:牙齿出现白垩色到褐色的牙斑,甚至造成牙釉质缺损。在一些水源含氟过多的地区,当地儿童更容易患氟牙症。因此牙科专家建议,3岁以下幼儿不要用含氟牙膏,3～6岁的儿童也要慎用。

　　“驯”氟有道

　　氟虽然危险,但极其活泼的化学性质,让它能形成种类繁多的化合物,其中不乏对人有用的物质。开头说的含氟牙膏,便是其中之一。

　　20世纪二三十年代,一类名为“氟利昂Freon”(包括多种含氟有机物)的制冷剂被开发出来,广泛用于冰箱、空调制冷,极大方便了人们生活。但氟利昂飘浮到高空后,会破坏臭氧层,一度造成了环境危机。如今各国正陆续淘汰氟利昂制冷剂,但“无氟冰箱”“无氟空调”用的制冷剂其实也含氟,只是不含氟利昂而已。

　　在有机大分子中,氟原子可与碳原子结合,形成牢固的“F—C键”。有机大分子的骨架,通常是大量碳原子“手拉手”形成的长长碳链;氟原子加入后,能帮助碳链保持“撑开”状态,让分子结构更稳定。因此一些含氟的有机大分子,具备疏水、疏油、耐腐蚀的性能,比如用作不粘锅表面涂层的聚四氟乙烯(特氟龙Teflon)。

　　在其他领域,也有氟鼎力相助:氟碳涂料用于建筑,能保护钢材少受腐蚀,延长建筑寿命;含氟推进剂燃烧更快,能提升战机、导弹的飞行速度和高度。航天器的外壳,涂覆一层含氟高分子材料,能够耐腐蚀、耐磨损、耐高温。制造核弹的关键原料——铀235,提取过程中要使用“全氟烃油”作为润滑油。

　　所以再有人劝你用含氟或不含氟的牙膏,让你少开空调,再建议你把不粘锅扔了,你都可以用化学知识作出合适的选择。

　　◎撰文 | 徐欣宇

　　◎来源 | 博物