科学家首次在自然条件下发现氟单质

2018-09-20

氟是最活泼的化学元素。这就是为什么它不是在自然界中以其元素形式存在,而是仅存在于萤石等化合物中 - 这是迄今为止公认的科学原理。一种特殊的萤石,即“恶臭萤石”或“antozonite”,近200年来一直是许多讨论的主题。这种矿物质在压碎时会散发出强烈的气味。

 

现在,慕尼黑工业大学(TUM)和路德维希 - 马克西米利安 - 慕尼黑大学(LMU)的科学家们首次成功地在这种萤石中发现了天然元素氟。

 

氟是所有化学元素中反应性最强的,需要非常小心地处理。它非常具有侵略性,玻璃实验室仪器无法抵抗它,甚至在暴露于氟气时砖也会燃烧。

 

然而,元素氟具有许多工业应用,包括防腐蚀或燃料箱扩散阻挡,并且它用于生产六氟化硫,其用作高压开关中的绝缘材料。

 

由于其极端的性质,迄今为止,化学家们确信氟不能以其元素形式存在于自然界中,而只能作为氟离子,例如萤石(CaF2)等矿物质,也称为萤石。

 

其中的一种,即上普法尔茨(德国)Woelsendorf的“Maria”矿的所谓“恶臭萤石”或“antozonite”,已成为科学争论的对象已有200多年。压碎时,会散发出令人不快的刺鼻气味。

 

许多杰出的化学家,其中包括Friedrich Woehler(1800-1882)和Justus von Liebig(1803-1873),提出了各种物质来解释气味。多年来,科学家们采用了嗅觉测试,化学分析和复杂的质谱研究 - 得出了截然不同的结论。

 

除了元素氟之外,还有碘,臭氧,磷化合物,砷,硫,硒,氯,次氯酸和氢氟碳等物质。直接证据表明,这种萤石含有氟,并且在压碎过程中不会形成气体,这一点迄今为止尚缺乏。

 

最后,由Technianche Universitaet Muenchen化学系氟化学工作组负责人Florian Kraus领导的科学团队,以及固态核磁共振艾美 - 诺特工作组负责人Joern Schmedt auf der Guenne领导在慕尼黑路德维希 - 马克西米利安大学化学系,毫无疑问地成功直接证明了“antozonite”中氟的存在。成功的直接证明了氟元素存在于呕吐石中,而且毫无疑问。

 

使用19F-NMR光谱,他们能够“原位”识别氟,即在其自然环境中非破坏性地识别氟,从而结束了关于“臭臭萤石”气味原因的长期讨论。

 

研究人员解释说:“化学家们怀疑含萤石中元素氟的存在并不奇怪。” “在这里并排发现的元素氟和钙通常会相互反应的事实确实难以置信。”

 

然而,在“antozonite”的情况下,存在非常特殊的条件:元素氟通过矿物中的微小铀夹杂物产生,其不断地发射电离辐射并因此将萤石分解成钙和元素氟。

 

氟保留在微小的夹杂物中,通过非反应性萤石与钙分离,从而保持其元素形式。电离辐射还导致钙簇的形成,这使得“antozonite”呈现深色。