這兩天我的博士導(dǎo)師吳章鈺老師來辛辛那提做客，有幸一起吃了頓晚飯。說起來不僅我畢業(yè)后離開了佛羅里達(dá)大學(xué)，吳老師也去了別的學(xué)校發(fā)展。我們聊起在蓋恩斯維爾的那段日子，確實是段美好的回憶。不過要說有什么是我沒那么懷念的，可能是一種化學(xué)試劑：氫氟酸（HF）。我的博士論文里有很多關(guān)于二氧化硅和金屬顆粒的分析，當(dāng)時用了王水和氫氟酸來溶解這些樣品，而且還是微波輔助萃?。ㄋ追Q“酸炸彈”）?，F(xiàn)在回想起來真是挺危險的。 一提到強酸，很多人會聯(lián)想到硫酸、鹽酸和硝酸這三劍客。濃硫酸（H2SO4）能讓很多東西瞬間碳化變黑，鹽酸（HCl）和硝酸（HNO3）就算靜置在那里，氣味也很嗆人。尤其是鹽酸和硝酸按3:1配成的王水（aqua regia），能溶解各種金屬，很多人可能都聽說過戰(zhàn)爭時用王水溶金再重新提取的故事。<br><br>但這幾位面對氫氟酸（HF），都只能算是弟弟。因為氫氟酸是真正的沉默殺手，不張揚：灑在地上不會滋滋作響，也不會冒煙嗆人，卻長期霸占實驗室安全手冊的高危黑名單榜首。氫氟酸看起來只是氫原子（H）和氟原子（F）組成的簡單化合物，似乎應(yīng)該人畜無害。尤其是氟，我們平時經(jīng)常聽到含氟牙膏，感覺應(yīng)該沒那么可怕吧？錯了。<br><br>氫氟酸可怕之處，就在于它殺人不打招呼。如果沾在皮膚上，可能只是有點癢，但氟離子已經(jīng)穿透皮膚角質(zhì)層，開始腐蝕骨骼。而氟離子一旦進入血液，會迅速與血液中的鈣離子結(jié)合生成氟化鈣，一方面導(dǎo)致身體缺鈣，很快引發(fā)心肌無力；另一方面，不溶于水的氟化鈣還會堵塞腎臟，造成嚴(yán)重?fù)p傷。通常等到人感覺到疼痛時，往往已經(jīng)晚了。那為什么含氟牙膏沒事？主要是因為濃度極低。即便如此，長期使用含氟牙膏仍有骨質(zhì)疏松的潛在風(fēng)險。<br> <p class="ql-block">我博士論文之所以用到氫氟酸，主要是因為一般強酸溶解不了二氧化硅（也就是玻璃的主要成分）。這很好理解，強酸都裝在玻璃瓶里，要是能溶解瓶子早就漏了。但氫氟酸可以輕松溶解二氧化硅，因此它只能裝在聚四氟乙烯（PTFE，俗稱特氟龍）容器中。它甚至能腐蝕化學(xué)分析儀器的部件，所以用氫氟酸溶解二氧化硅后，還得用弱硼酸進行中和后才能送去分析。那時候天天接觸氫氟酸，真得感謝它的不殺之恩。因為人類認(rèn)識氫氟酸和氟元素的歷史，幾乎就是一部悲壯的科學(xué)家奪命史。許多科學(xué)家在嘗試分離氟的過程中被灼傷、失明，甚至中毒身亡。</p><p class="ql-block">第一位殉道者是瑞典化學(xué)家卡爾·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）。1771年，他將螢石（氟化鈣）與濃硫酸混合加熱，首次制出了氫氟酸（他稱之為“螢石酸”）。當(dāng)時舍勒完全不知道碰這玩意兒就是死神在敲門，既不戴手套也不戴口罩，最夸張的是，他還像神農(nóng)嘗百草一樣，抿了一口氫氟酸。很快他就開始劇烈咳嗽，牙齒一顆顆脫落，肺部也嚴(yán)重受損，最終在43歲時因腎衰竭和皮膚潰爛去世。隨后，法國的安德烈-馬里·安培（André-Marie Ampère）首次推測出氟是一種新元素。從此君名字就能看出，他其實是物理學(xué)家。安培是電磁學(xué)的奠基人，所以電流的單位用他命名，化學(xué)只是副業(yè)。幸好安培趕上并參與了法國大革命，擱下了電解氫氟酸的實驗，最后活到了61歲。</p> 進入19世紀(jì)，英國化學(xué)家漢弗里·戴維（Humphry Davy）繼續(xù)嘗試電解氫氟酸來制取氟。他將鉑電極插入氫氟酸中通電，結(jié)果產(chǎn)生的蒸氣讓他頭痛欲裂、幾乎失明，之后一直病痛纏身。同一時期的法國科學(xué)家蓋呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac）和泰納（Louis Jacques Thénard）也采用類似方法嘗試獲取氟，結(jié)果雙雙中毒。愛爾蘭的諾克斯兄弟（Thomas and George Knox）繼續(xù)嘗試，結(jié)果一死一傷。比利時的魯耶特（Paulin Louyet）和法國的尼克雷（Jér?me Nicklès）接過了“死亡接力棒”，兩人都因吸入過量氫氟酸而中毒身亡。法國化學(xué)家弗里米（Edmond Frémy）和英國化學(xué)家喬治·戈爾（George Gore）改進了實驗裝置，與氫氟酸保持安全距離，可還是在實驗過程中一加水就爆炸。<div><br></div><div>在化學(xué)家們前赴后繼地探索和犧牲之后，人們終于搞明白了：氟化氫是共價化合物，即使是液態(tài)也不電離，天生絕緣無法直接電解。直到1886年，法國化學(xué)家亨利·莫瓦桑（Henri Moissan）才成功利用無水電解法制取出氟單質(zhì)。但莫瓦桑也為此付出了代價：雖然憑借這一成果獲得了1906年的諾貝爾化學(xué)獎，但第二年就去世了。算下來，這些接觸氫氟酸的科學(xué)家，幾乎沒人活過50歲。</div> 20世紀(jì)中葉，氟化聚合物材料被發(fā)明出來，氫氟酸的使用才進入相對安全的時代。盡管氫氟酸很危險，但時至今日在半導(dǎo)體制造、金屬加工、化學(xué)合成等領(lǐng)域，因為可以腐蝕石英等物質(zhì)，它仍是不可替代的。從職業(yè)衛(wèi)生的角度，在使用氫氟酸時一定要做好防護：普通乳膠手套和防護服在它面前就像紙糊的，最好使用外層氯丁橡膠（neoprene）、內(nèi)層丁腈橡膠（nitrile）的雙層手套。操作時必須在通風(fēng)櫥中進行，避免吸入揮發(fā)的氣體。此外，建議雙人或多人協(xié)作操作，以便還有人可以呼救。如果可能大量接觸，最好提前準(zhǔn)備好葡萄糖酸鈣凝膠之類的解毒劑。和所有強酸一樣，稀釋時絕對不能把水倒入酸中，而必須將酸緩慢加入水中?？傊?，和氫氟酸打交道，一定要心存敬畏，科學(xué)家殺手絕非浪得虛名。<br>