牙膏含氟致癌？元素周期表第 9 号元素氟气的真相

在我记忆深处的电视牙膏广告中，经常出现一个关键词——“含氟牙膏”。广告称，牙膏中的氟化物成分可以有效对抗蛀牙，使牙齿更坚固。

首先我要说的是：没有广告

但近年来，人们在购买牙膏时开始追求“无氟”牙膏。还有人说含氟牙膏吃了会致癌？

其实，这一切谣言都是从“致氟”氟开始的……

1号

好脾气啊！我气死了！

氟是元素周期表中的第九位元素，元素符号F。是“卤素元素”中原子量最小的成员。它的单质形态是淡黄色氟气（常温下），但在地球上很少以单质形式存在，总是与其他元素形成化合物。

氟气及其液化物

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这是因为氟原子核被9个电子包围，其中内层有2个，外层有7个。多一个电子即可实现“2+8”的稳定电子结构。因此，它非常善于“捕获”其他元素的电子，化学性质极其活跃。

就像足球场上的“9号”通常是进攻的矛头——前锋。作为九号元素，氟也是“攻击力”最强的非金属元素：在常温甚至低温下会与大颗粒发生相互作用。大多数金属元素发生剧烈反应并直接燃烧；当它们遇到碳、硅、硫、磷等常见非金属元素时，也能“产生火花”。

两人都对钢丝绒和木炭脾气不好。

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如果上面的描述无法解释氟有多“暴力”，你可以将它与元素周期表上的“邻居”——氧（第8号元素）进行比较：氧已经是一种非常活跃的元素，但氧会与氢发生反应。它还需要被点燃，然后它会安静地燃烧，产生蓝色火焰并生成水；氟气在低温、黑暗条件下可直接与氢气发生反应，发生爆炸并放出大量热量，生成腐蚀性极强的氟化氢（HF）。 ，其水溶液称为氢氟酸）。当氟气遇到水时，还可以将水分子中的氧气“踢”出来，与氢气结合形成氢氟酸！太强烈了，我不得不“相信”。

氢氟酸在化学上被认为是“弱酸”，但它具有极强的腐蚀性。它经常被用来蚀刻玻璃并在玻璃制品上雕刻图案。这个过程现在已经很少使用了，因为它对人体来说太危险了。

2号

收割化学家的“死亡元素”

氟可以与许多元素发生剧烈反应，当然对人类极其危险。氟的发现过程堪称一部悲壮的史诗。

1764年，德国学者马格拉夫将萤石与硫酸反应，得到可以蚀刻玻璃的物质。七年后，瑞典化学家谢勒重复了这个实验，用硝酸和磷酸代替硫酸，得到了相同的结果。舍勒大胆猜测这是一种新的酸，并将其命名为“萤石酸”——即氢氟酸。不幸的是，舍勒随后因氢氟酸中毒而放弃了后续研究。

萤石又称萤石，是一种含氟矿物，主要成分是氟化钙（CaF2）。萤石晶体颜色鲜艳，有绿色、蓝色、紫色、粉色等，甚至可以同时呈现多种颜色，在紫光下发出荧光。遗憾的是它的硬度太低（莫氏硬度只有4），容易磨损，不能作为宝石使用。

但萤石的贡献却远远大于制作宝石。化学家通过研究和分解萤石，首次了解了氟元素。氟也因萤石而得名。

1810年，法国物理学家安培（现在的单位以他的名字命名）提出萤石酸是由一种未知的“类氯元素”与氢结合形成的。英国化学家大卫同意了，并将这种“类氯元素”命名为氟。从此，化学家踏上了提取氟的旅程，死亡却在路上挥舞着镰刀……

第一个受害者可能是大卫本人。他尝试通过电解氟化氢来提取氟，但氟的性质太活泼，他使用的金属电极被严重腐蚀。他本人也因氟中毒而遭受严重的健康损害，并于 50 岁时去世。

1836年，爱尔兰化学家诺克斯兄弟改用氯气和氟化汞混合加热，得到少量氟气。但氟气的腐蚀性太强，他们无法收集。相反，他们几乎死于氟中毒。随后，比利时化学家鲁耶特和法国化学家尼科尔斯也因氟中毒而丧生。

氟死神给所有科学家磕头

制图：孟凡孟

直到1886年，法国化学家莫伊桑设计了低温电解装置，终于成功收集到纯净的氟气。一个多世纪后，对氟的探索终于结束，穆瓦桑获得了1906年的诺贝尔化学奖。然而，长期与氟化物接触，让他患上了“骨头氟中毒”，使他晚年几乎卧床不起。获奖后一年他就去世了。

1886年，法国化学家莫伊桑电解萤石中的无水氟化氢，首次提取出单质氟。他本人因氟中毒而英年早逝，但他提取氟的工艺后来被长期沿用。

3号

我应该使用含氟牙膏吗？

含氟牙膏中的氟化物以可溶性氟化物的形式作为添加剂制成，并以微量添加到牙膏中。这种可溶性氟化物可以与牙齿外层（牙釉质）的主要成分羟基磷酸钙发生反应，形成强度更强、不易被口腔细菌腐蚀的氟磷酸钙，从而减少牙菌斑。不仅如此，这些氟化物还可以促进矿物质在牙齿表面的沉积，修复受损的牙釉质。因此，含氟牙膏确实可以保护牙齿。

但为什么现在“无氟”标志很流行呢？因为如果儿童的牙齿接触过多的氟化物，就会患上“氟斑牙”：牙齿上出现白垩色到棕色的牙菌斑，甚至出现牙釉质缺陷。在一些水源含氟量过高的地区，当地儿童更容易患氟斑牙。因此，牙科专家建议，3岁以下的儿童不宜使用含氟牙膏，3岁至6岁的儿童也应谨慎使用。

氟斑牙从轻度到重度

来源：氟化物

因此，含氟牙膏中添加的氟化物可以修复牙釉质，使牙齿更能抵抗细菌的侵蚀。不过，前面也提到过，暴力的氟元素就像是这个“忽冷忽热”的家伙。牙膏的正确选择因人而异。一般情况下使用不会对身体造成伤害。早餐吞牙膏泡沫肯定不好。

4号

有办法“驯服”氟，让氟带来好处

尽管氟很危险，但其极其活泼的化学特性使其能够形成多种化合物，其中许多对人类有用。开头提到的含氟牙膏就是其中之一。

20世纪20年代和1930年代，一种名为“氟里昂”（包括多种含氟有机化合物）的制冷剂被开发出来并广泛应用于冰箱和空调中，极大地方便了人们的生活。然而，当氟利昂漂浮到高空时，会破坏臭氧层，一度引发环境危机。如今，各国都在逐步淘汰氟利昂制冷剂，但“无氟冰箱”和“无氟空调”所使用的制冷剂实际上含有氟，但不含氟利昂。

开空调真是环保之举。

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在有机大分子中，氟原子可以与碳原子结合形成牢固的“FC键”。有机大分子的骨架通常是由大量碳原子“手拉手”形成的长碳链；当添加氟原子时，可以帮助碳链保持“开放”，使分子结构更加稳定。因此，一些含氟有机大分子具有疏水、疏油、耐腐蚀的特性，如用作不粘锅表面涂层的聚四氟乙烯（特氟龙）。

所以不粘锅涂层有毒的传言是由于氟这个死神的气质所致。

在其他领域，氟也有帮助：建筑中使用氟碳涂料，可以保护钢材免受腐蚀，延长建筑物的使用寿命；含氟推进剂燃烧速度更快，可以提高战斗机和导弹的飞行速度和高度。航天器外壳涂有一层含氟高分子材料，耐腐蚀、耐磨、耐高温。制造核弹的关键原料铀235在提取过程中使用“全氟化碳油”作为润滑剂。

国家体育场“鸟巢”钢结构表面采用耐腐蚀氟碳涂料

所以无论有人建议你使用含氟或无氟牙膏，告诉你少开空调，还是建议你扔掉不粘锅，你都可以利用你的化学知识做出合适的选择，然后扔出一个表情包~

本文最初发表于今年《博物馆》杂志新栏目《元素史》

我会一直介绍元素，上有趣的化学课~