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一聽到氟與氟化物，一般人會直接聯想到牙醫、牙齒保健或者是各種有關於氟化物的產業，但是氟化物最初被人類發現、鑑定研究與原始用途，卻與牙齒一點關係也沒有！
氟是少數幾個深入我們日常生活中的化學元素之一，有著獨一無二的化學特性，除了利用其添加在飲用水裡來達到預防蛀牙的效果，甚至還是製造原子彈的重要功臣。這樣一個重要且特殊的化學元素——氟，其在化學研究發展史上卻是一段出了名的悲慘與壯烈的故事。

玻璃工的秘密

在十六世紀時，一位德國的物理學家喬格包耳（Georg Bauer， 拉丁名為 Georgius Agricola）曾經相當仔細地在他的拉丁著作De re metallica 中描述了當時礦工經常染上的一種疾病，這種疾病當時被稱作是惡鬼在礦坑裡的惡作劇，這本書其實主要是在詳盡記錄如何將金屬從礦石中提煉出來的，對於這個疾病的描述只有一小部分，但卻是史上首件正式將氟對人體的影響記綠下來的文件。這本書被翻譯成許多種語言，甚至還有中文版，書中解釋了他如何配置一種稱為Fluxes 的溶液，礦石被挖掘出來後，需要很高的溫度才能夠熔解，接著才可以加工予人使用，而利用了這種溶液當溶劑，就不需將礦石加到高溫就能輕鬆熔解掉再進行加工了。早在十五世紀末的時候，即曾經有煉金術師描述過這種幫助礦石熔解的方法，德國的礦工稱之為“Flußspat”（fluorspar）。這種可以幫助礦石熔解的物質，在自然界中就找得到，有著非常多樣化的美麗顏色，紫色的看上去非常像紫水晶，綠色的看起來很像透明的翡翠，我們稱之為螢石（或氟石），事實上，它們在交易的市場上就經常被拿來當作有瑕疵的水晶與翡翠。

圖一：天然螢石的外觀。

倘若將氟石浸泡於酸裡面，比方說泡在硫酸中，然後溫和地加熱，接著會產生非常刺鼻的煙霧，而且這個有毒的煙霧會侵蝕玻璃。據說在1670 年，德國紐倫堡的一名玻璃工人斯瓦恩哈德（Heinrich Schwanhard）就使用了這個方法來創造藝術玻璃蝕刻，不過這個傳聞已經無從考證，斯瓦恩哈德使用硝酸來軟化玻璃應該是比較可靠的說法。第一個真正的螢石冶金方法則是魏剛（John George Weygand）在1725 年發表，然而這個配方是據傳由一個不知名的英國玻璃工輾轉告訴他的。至於關於氟石化學反應的研究，在1768 年由馬格拉夫（Andreas Marggraf）所發表。

受到馬格拉夫的啟發，瑞典的藥劑師舍勒（Carl Wilhelm Scheele） 在1771 年開始了一系列關於氟石的研究，嘗試發掘其化學性質以及其在酸中反應的特性，他同時也觀察到，以蒸餾裝置加熱泡在硫酸中的氟石，所散發出來的蒸氣會腐蝕玻璃，在蒸餾裝置上的固體殘留物，用水萃取之後，產物類似一般酸鹼中和反應後沈澱的物質，而蒸餾出來的蒸氣若引導到水裡，會發現有白色矽的沉澱物，同時溶液呈酸性，舍勒便將這個溶液稱為“Flußspatsäure”（氟石產生的酸——氟酸）。

酸中的破壞王—悲壯的研究史

雖然這樣一個新的酸被發現了，但當時仍有許多人認為這不過是一種鹽酸或是硫酸的衍生物，「氫氟酸」這個名字的由來是氟石，當時卻無法證明這是一個新的天然物種。直到鹽酸被證實是新發現的元素——氯與氫——的產物後，才有人回想到氟石產生的酸可能與鹽酸類似，但卻是一個新的元素。法國的物理學家安培（André-Marie Ampère）認為，這種酸是一種由未知的、更活潑的元素所形成，氫氟酸才被正視為一個新的元素所產生的酸，氟也正式被認定為一個新的元素，這個名字由戴維（Humphry Davy）爵士所建議，一開始時命名為Phtor，在希臘文中是破壞的意思，完全符合氟在當時被發現的各種特性。

對於氟化物的研究，尤其是為了將氟給單獨分離出來以證明它存在的研究，可以說是化學家們的夢靨。由於這項研究的高危險性（全身性毒性、皮膚暴露灼傷與侵蝕性組織傷害、吸入式傷害與深部眼睛組織傷害），投入了大量的人力物力與化學家的生命。最初由塞納德（Thénard）與給呂薩克（Gay-Lussac）開始嘗試製備高濃度的氫氟酸，但是產物在大氣下反應性非常的高，很快的就把實驗用的玻璃器皿腐蝕，並對皮膚造成特殊的侵蝕性灼傷，研究只好終止。接著戴維使用電解氟化物的方法來嘗試，結果連陽極的白金電極都被腐蝕掉，他自己也因氟化氫毒害而病倒。瑞典的喬治諾克斯（George Knox）與湯瑪斯諾克斯（Thomas Knox）兄弟試著複製戴維的實驗，改用銀或汞的氟化物，雖然成功證明電解的方式可以分離出氟，卻仍因無法收集保存而雙雙受到毒害。許多研究者光是由於試著處理高純度的氫氟酸，就遭遇慘痛的代價甚至中毒或付出生命，在這段期間，各種氟化物不斷地被發現，但是在分離出純的氟仍就是一個幾乎不可能完成的挑戰。

直到1886年，法國的化學家莫桑（Henri Moissan）利用電解的方式，把整套電解裝置上的玻璃零件都換成不易與氟發生反應的材料，並以螢石製成試驗用的器皿，在低溫下裝著無水氟化氫進行電解，終於成功的得到純的氟氣，他發現這種氣體有著驚人的活潑性，與矽接觸會著火，與氯化鉀反應可置換出氯氣等等現象，這些研究讓他日後得到了諾貝爾化學獎，也奠定了現代化學工業對氟在研究與使用上的基礎。……【更多內容請閱讀科學月刊第520期】

圖二：莫桑電解氟化氫的裝置。