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科學講堂:元素第十七族 有毒又有用

2016-09-21

過量可致命 缺氟卻蛀牙 欠碘甲狀腺腫

元素周期表中的第十七族,又或舊制中的第七族,稱為鹵素(halogens),它的成員包括氟、氯、溴、碘及鶠C19世紀時,科學家以希臘字根拼出halogen一詞,意謂生產鹽,因為氟、氯、溴及碘與金屬產生化學反應時,會變成鹽。我們日常用的餐桌鹽,就是氯與鈉的化合物。在常溫常壓下,鹵素是唯一一族化學元素包含固態、液態及氣態三相態。

元素  符號 顏色 熔點 沸點 常溫常壓下形態

(element) (symbol) (color) (melting point) (boiling point) (standard condition)

氟 F 淡黃色 -220℃ -188℃ 氣體

(Fluorine)  (pale yellow)

氯 Cl 黃綠色 -101℃ -35℃ 氣體

(Chlorine)  (yellow-green)

溴 Br 棕紅色 -7.2℃ 58.8℃ 液體

(Bromine)  (red-brown)

碘 I 紫黑色 114℃ 184℃ 固體

(Iodine)  (violet-black)

鶠@At 黑色 302℃ 337℃ 固體

(Astatine)  (black)

氟:有毒腐蝕性強 食水含微量氟化物防蛀牙

氟的名字來自拉丁文字fluere,意謂流動。氟存在於動物的骨骼、牙齒、血液、尿液及頭髮,我們的食水加入很微量的氟化物以防止蛀牙。

氟極之活潑,與氫的化合物可以腐蝕一些惰性物料如玻璃,甚至與惰性氣體作化學反應。所以,氟非常難以儲存,氟一般存放於Teflon或極之乾燥的玻璃內,以避免產生化學作用。Teflon就是我們家中用的易潔鑊的物料,Teflon內有氟原子及碳原子的聚合物,但只建議於260℃以下使用。另外,氟氣毒性與腐蝕性極強,吸入小量已可致命。

氯:可致窒息 泳池消毒常用

氯在1807年被發現,它的名字來自希臘文字chloros,意謂「黃綠色的」。氯的用途廣泛,包括塑膠、清潔劑、皮具加工及食物添加劑。它也可為游泳池消毒,當池水刺眼時,我們都會投訴「氯氣太多」。然而,真正刺眼的原因是氯的化合物與水中的阿摩尼亞產生的化學作用,為什麼水中會有阿摩尼亞?這其實來自人類的汗水或尿液。

與氟氣一樣,氯氣亦有劇毒。吸入小量會十分痛苦,而且可致命。第一次世界大戰時,德軍以氯氣攻擊法國及俄羅斯的軍隊,最少5,000士兵因窒息致死。

溴:室溫下液體 助曬相殺蟲

溴於1920年代被發現,它的名字來自希臘文字bromos,意謂「臭氣」。溴是唯一一種非金屬於室溫下是液體,用途廣泛,可阻燃、殺蟲及消毒,還可以幫助沖曬照片。

碘:人體必需 內陸居民碘鹽代海產

碘於1811年被發現,在常溫常壓下,碘是黑色的晶體,昇華(sublimation)時會變成紫色的煙霧。它的名字來自希臘文字iodes,意謂「紫色」。碘存在於人類的甲狀腺、胃部、表皮及免疫系統,成人每天需要150微克的碘,缺少碘可導致智力障礙,甚至甲狀腺腫大。

許多海產如鱈魚、生蠔、龍蝦、海藻均帶碘,植物如葵花子及蘑菇亦有碘。如非居於沿海地帶,日常膳食缺乏海產,當地居民會吃一種碘鹽,以補充碘的不足。

然而,醃製食物卻不宜使用碘鹽,因為碘會使食物顏色加深,影響食物外觀。

鶠G名副其實不穩定 具放射性

1940年,科學家於實驗室以元素鉍製造鶠C鶞漲W字來自希臘文字astatos,意謂「不穩定」。鶿隻a球上其中一個最罕見的元素,地殼表面一公里的深度,只有少於44微克的鶠C鶢S有實際應用,因為它的所有同位素均為放射性,而且半衰期(half-life)短至8.3小時。

半衰期

半衰期為重要的科學概念,一個元素的半衰期,是指它放射性原子核衰變至數目為原來一半所需要的時間。這個概念也可應用於其他物質的濃度上,例如咖啡因的半衰期為六個小時,意思是需要6個小時,在人體內的咖啡因才變成原來的一半濃度。

小 結

大部分的鹵素均有毒,攝入過多會使人致命,可是我們的身體卻又需要它們:缺少碘我們甲狀腺會腫大,缺少氟牙齒會變壞。這就如所有事情一樣,適可而止而不過分沉迷才最重要。 ■吳俊熙博士

作者簡介:畢業於加州大學洛杉磯分校(UCLA),曾任教於加州的州立大學及香港大學,現於洛杉磯Pierce College化學系任助理教授。讀者可通過www.facebook.com/drbennyng聯繫吳博士。

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