氟的多态性质研究现状

Question

如题所述

Answer 1

氟是自然界中最活泼的非金属元素之一，能与众多的金属、非金属元素进行化合作用，其存在形态也多种多样。氟在环境中的存在形态极为复杂，自然界中的氟可以难溶态形式存在于岩石、土壤中，也可以可溶态形式广泛分布在水和生物体内，甚至少量的氟还可以气态形式如HF、SiF₄分散在大气中，呈现出多种存在形态。

唐志坚等（2008）的研究认为，氟的具体形态有可交换态、水溶态、氧化态、残渣态和有机态等，其中水溶态氟和可交换态氟对动植物有较高的有效性。杨军耀等（2000）将非饱和带土体中氟的存在形式分为三类：可溶态、吸附态和固定态。在长期使用深层高氟地下水灌溉的地区，表层土壤中以固定态氟为主，其次为可溶态氟，吸附态氟最少。

不同土壤类型可输出氟的能力不同。焦有（1997）对河南五地区土壤可输出氟能力进行研究，结果表明碱性土水浸氟含量最高，其后依次为微碱性土、中性土和酸性土；同时砂质潮土及砂壤质潮土水浸氟含量大于壤质潮土，黏质潮土最小。土壤中不同形态的氟含量不同。魏世勇（2007）采用连续浸提分析法，研究了恩施茶园土壤中氟的赋存形态，发现土壤中残余态氟含量最高，其后依次为可交换态、水溶态、有机态、铁锰结合态。

水溶态氟主要以离子或者配合物的形式存在于土壤和水体中，包括F^-、

、

、

、BF^-、

、AlF²⁺、

、ZrF³⁺等。pH值影响水溶态氟的数量，当pH值介于6.0～8.5之间时，pH值每上升0.5，水溶态氟大概增加0.4～0.5mg/kg（唐志坚等，2008）。实验研究表明，在 pH小于2的强酸性条件下，在地下水中氟主要以离子形态存在，在pH大于9的强碱性条件下，主要以配合物形态存在，而在pH＝7～9时，水中既有氟离子，也有氟的配合物。

氟所存在的地下水微环境是多种多样的，主要体现在离子组分的多样。在水相配合作用下，地下水中的溶解组分一般有三种：单一离子，如 Ca²⁺、F^-等；配阴离子，如

、

等；复杂配合物，如CaSO₄、MgF⁺等。曾溅辉（1995）经PHREEQE计算结果表明，在邢台平原中性或者偏碱性的地下水中，氟的存在形态有10种，包括F^-、BF

、HF（aq）、CaF⁺、MgF⁺、MnF⁺、AlF²⁺、

、

和

，其中F^-含量最高，占总氟的79.35%～96.51%，CaF⁺和MgF⁺含量其次。何小娟等（2002）采用MINTEQA2程序计算了山西离柳地区浅层地下水中氟的存在形式，也得到了类似的结果。

氟是多种形态的，其在地下水中的赋存形态的配比关系随水介质性质及化学组分的变化而相应的调整，也就是说氟所存在的水化学环境不同，其存在形态也不同。汤鸣皋（1995）通过PHREEQE软件对不同水-岩作用系统进行了水文地球化学模拟，结果表明，不同水-岩作用系统中氟存在形式不同，有的主要以氟离子为主，有的以氟的配合态为主，氟的含量也不同，温度也影响着氟的含量。

水土系统中存在多种关于氟的化学反应，包括沉淀-溶解平衡反应，主要为含氟矿物在不同条件下氟的溶解与沉淀；配合-解离平衡反应，在一些酸性土壤中氟可以和Al³⁺、Fe³⁺形成配合物；吸附-解吸平衡反应主要指氟被土壤中黏土矿物、铁铝氧化物和有机大分子吸附而失去活性；酸碱反应主要指氢氟酸的水解电离、氟的配合物在遇到强酸时发生解离。