书城科普读物探索未知-趣说化学元素
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第22章 紫色的元素——碘

碘,是法国巴黎的一位药剂师别尔恩加尔特·库尔图阿在1811年从海藻中发现的。纯净的碘,是紫黑色有光泽的片状晶体,它的希腊文的原意,便是“紫色的”意思。

碘是一个很有意思的元素:碘虽然是非金属,但却闪耀着金属般的光泽;碘虽然是固体,却又很易升华,可以不经过液态而直接变为气态。人们常以为碘蒸气是紫红色的,其实不然,这是因为夹杂着空气的原故,纯净的碘蒸气是深蓝色的。然而,碘的盐类的颜色,大部分和食盐一样——都是白色晶体,只有极少数例外,如碘化银是浅黄色,碘化铜闪耀着黄金般的色彩。碘,真是变化多端。

碘在大自然中很少,仅占地壳总重量的一千万分之一。可是,由于碘很易升华,因此到处都有它的足迹:海水中有碘,岩石中有碘,甚至连最纯净的冰洲石、从宇宙空间掉下来的陨石、我们吃的葱、海里的鱼,都有微量的碘。海水中碘含量约为十万分之一,不过,海里倒有许多天然的“碘工厂”——海藻。它们从海水中吸收碘。据测定,在海藻灰中约含有1%的碘。世界上也有一些比较集中的碘矿,含有较多的碘酸钠和过碘酸钠。在智利硝石中,也含有一些碘化物。

碘能微溶于水,但更易溶解于一些有机溶剂。碘溶液的颜色有紫色、红色、褐色、深褐色,颜色越深,表明碘溶解得越多。碘酒,便是碘的酒精溶液,它的颜色那么深,便是因为碘很易溶解于酒精。碘酒能杀菌,常作皮肤消毒剂。涂了碘酒后,黄斑会逐渐消失,那是因为碘升华了,变成了蒸气,散失在空气中。

大量的碘对人来说,是很毒的,碘蒸气会剧烈地刺激眼、鼻粘膜,会使人中毒致死。然而,人却又不能缺乏少量的碘。在成年人体内,大约含有20毫克的碘,而共中约有一半是含在靠近喉头的甲状腺里。甲状腺是人体中很重要的器官,它分泌甲状腺素。一个人每年约分泌3.5克甲状腺素。碘是制造甲状腺素必不可缺的原料。缺少了碘,甲状腺素便不能正常分泌,人的脖子便会肿胀起来,发育不正常,得克山病或厚皮病。平常,人们大都是从海盐中吸取少量碘,因为海盐中总夹杂着少量的碘化钠或碘化钾。在我国西南山区,新中国成立由于缺少海盐,缺乏碘,有些人患肿脖子病——甲状腺肿大。现在,在这些地方,卫生部门在岩盐中掺入少量碘化物,来消除这些缺碘症。

人们发现,在牛或猪的饲料中,加入少量的碘化物,能促进它们的发育。母鸡经常加喂少量碘化物,可使受精率提高95%~99%。

另外,碘还有一个特殊的脾气——它和淀粉会形成一种复杂的蓝色化合物。可不是吗,当你用涂了碘酒的手去拿馒头时,手上立即会出现蓝斑。碘的这一脾气,在分析化学上得到了应用:著名的“碘定量法”,便是利用淀粉溶液来作指示剂。

近年来,我国利用碘和钨的化合物——碘化钨,制成碘钨灯。大家知道,普通的白炽灯泡中的灯丝是用钨做的。通电时,灯丝温度越高,发光效率也越高。但是,温度高了,钨丝就更易挥发,寿命也就缩短。在碘钨灯中,在钨丝上附着一层碘化钨。通电后,当灯丝温度高于1400℃,碘化钨就受热分解,变成碘与钨。钨留在灯丝上,而碘是极易升华的元素,便立即充满整个灯管。当钨丝上的钨受热蒸发,扩散到管壁上,若管壁温度高于200℃,碘即与钨作用生成碘化钨。碘化钨扩散到灯丝,又受热分解,钨粘附于钨丝,而碘又升华到灯管各部分。如此循环不已,使钨丝保持原状,使用寿命很长。碘钨灯具有体积小、光色好、寿命长等优点。一支普通的碘钨灯管,比一支自来水笔还小,很轻便。通电后,射出白炽耀目的光芒。普通照明用的碘钨灯的使用寿命,可达5000小时左右。现在,我国已普遍应用碘钨灯,作为电影摄影、舞台、工厂、建筑物、广场等照明光源。红外线碘钨灯,则用于工厂的加热、烘干操作。另外,高色温碘钨灯则用于电子照相。第二十四章 最活泼的元素——氟在所有的元素中,要算氟最活泼了。

氟是淡黄色的气体,有特殊难闻的臭味,剧毒。在-188℃以下,凝成黄色的液体。在-223℃变成黄色结晶体。在常温下,氟几乎能和所有的元素化合: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。许多非金属,如硅、磷、硫等同样也会在氟气中燃烧。如果把氟通入水中,它会把水中的氢夺走,放出原子氧。例外的只有铂,在常温下不会被氟腐蚀(高温时仍被腐蚀),因此,在用电解法制造氟时,便用铂作电极。

在原子能工业上,氟有着重要的用途:人们用氟从铀矿中提取铀235,因为铀和氟的化合物很易挥发,用分馏法可以把它和其他杂质分开,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。

氟最重要的化合物是氟化氢。氟化氢很易溶解于水,水溶液叫氢氟酸,,这正如氯化氢的水溶液叫氢氯酸(俗名叫盐酸)一样。氢氟酸都是装在聚乙烯塑料瓶里的。如果装在玻璃瓶里的话,过一会儿,整个玻璃瓶都会被它溶解掉——因为它能强烈地腐蚀玻璃。人们便利用它的这一特性,先在玻璃上涂一层石蜡,再用刀子划破蜡层刻成花纹,涂上氢氟酸。过了一会儿,洗去残余的氢氟酸,刮掉蜡层,玻璃上便出现美丽的花纹。玻璃杯上的刻花、玻璃仪器上的刻度,都是用氢氟酸“刻”成的。由于氢氟酸会强烈腐蚀玻璃,所以在制造氢氟酸时不能使用玻璃的设备,而必须在铅制设备中进行。

在工业上,氟化氢大量被用来制造聚四氟乙烯塑料。聚四氟乙烯号称“塑料之王”,具有极好的耐腐蚀性能,即使是浸在王水中,也不会被侵蚀。它又耐250℃以上的高温和-269.3℃以下的低温。在原子能工业、半导体工业、超低温研究和宇宙火箭等尖端科学技术中,有着重要的应用。我国在1965年已试制成功“聚四氟乙烯”。聚四氟乙烯的表面非常光滑,滴水不沾。人们用它来制造自来水笔的笔尖,吸完墨水后,不必再用纸来擦净墨水,因为它表面上一点墨水也不沾。氟化氢也被用来氟化一些有机化合物。著名的冷冻剂“氟利昂”,便是氟与碳、氯的化合物。在酿酒工业上,人们用氢氟酸杀死一些对发酵有害的细菌。

氢氟酸的盐类,如氟化锶、氟化钠、氟化亚锡等,对乳酸杆菌有显著的抑制能力,被用来制造防龋牙膏。常见的“氟化锶”牙膏,便含有大约千分之一的氟化锶。

在大自然中,氟的分布很广,约占地壳总重量的万分之二。最重要的氟矿是萤石——氟化钙。萤石很漂亮,有玻璃般的光泽,正方块状,随着所含的杂质不同,有淡黄、浅绿、淡蓝、紫、黑、红等色。我国在古代便已知道萤石了,并用它制作装饰品。现在,萤石大量被用来制造氟化氢和氟。在炼铝工业上,也消耗大量的萤石,因为用电解法制铝时,加入冰晶石(较纯的氟化钙晶体)可降低氧化铝的熔点。天然的冰晶石很少,要用萤石作原料来制造。除了萤石外,磷灰石中也含有3%的氟。土壤中约平均含氟万分之二,海水中含氟约一千万分之一。

在人体中,氟主要集中在骨骼和牙齿。特别是牙齿,含氟达万分之二。牡蛎壳的含氟量约比海水含氟量高20倍。植物体也含氟,尤其是葱和豆类含氟最多。

氟是瑞典化学家舍勒在1771年发现的。1810年,英国化学家戴维把它命名为氟,拉丁文的原意就是“萤石”。由于氟很活泼,不易制取,所以直到1886年,法国化学家莫瓦桑才第一次制得了游离态的氟。