Где добывают фтор. Фтор - это что такое? Свойства фтора. Атомная и молекулярная масса фтора

Фтор (лат. Fluorum), F, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, относится к галогенам, атомный номер 9, атомная масса 18,998403; при нормальных условиях (0 °С; 0,1 Мн/м 2 , или 1 кгс/см 2) - газ бледно-желтого цвета с резким запахом.

Природный Фтор состоит из одного стабильного изотопа 19 F. Искусственно получен ряд изотопов, в частности: 16 F с периодом полураспада T ½ < 1 сек, 17 F (T ½ = 70 сек) , 18 F (T ½ = 111 мин) , 20 F (T ½ = 11,4 сек) , 21 F (T ½ = 5 сек).

Историческая справка. Первое соединение Фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF 2 - описано в конце 15 века под названием "флюор" (от лат. fluo - теку, по свойству CaF 2 делать жидкотекучими вязкие шлаки металлургических производств). В 1771 году К. Шееле получил плавиковую кислоту. Свободный Фтор выделил А. Муассан в 1886 электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF 2 .

Химия Фтора начала развиваться с 1930-х годов, особенно быстро - в годы 2-й мировой войны 1939-45 годов и после нее в связи с потребностями атомной промышленности и ракетной техники. Название "Фтор" (от греч. phthoros - разрушение, гибель), предложенное А. Ампером в 1810 году, употребляется только в русском языке; во многих странах принято название "флюор".

Распространение Фтора в природе. Среднее содержание Фтора в земной коре (кларк) 6,25·10 -2 % по массе; в кислых изверженных породах (гранитах) оно составляет 8·10 -2 %, в основных - 3,7·10 -2 %, в ультраосновных - 1·10 -2 % . Фтор присутствует в вулканических газах и термальных водах. Важнейшие соединения Фтора - флюорит, криолит и топаз. Всего известно более 80 фторсодержащих минералов. Соединения Фтора находятся также в апатитах, фосфоритах и других. Фтор - важный биогенный элемент. В истории Земли источником поступления Фтора в биосферу были продукты извержения вулканов (газы и др.).

Физические свойства Фтора. Газообразный Фтор имеет плотность 1,693 г/л (0°С и 0,1 Мн/м 2 , или 1 кгс/см 2), жидкий - 1,5127 г/см 3 (при температуре кипения); t пл -219,61 °С; t кип -188,13 °С. Молекула Фтора состоит из двух атомов (F 2); при 1000 °С 50% молекул диссоциирует, энергия диссоциации около 155 кДж/моль (37 ккал/моль). Фтор плохо растворим в жидком фтористом водороде; растворимость 2,5·10 -3 г в 100 г HF при -70 °С и 0,4·10 -3 г при -20 °С; в жидком виде неограниченно растворим в жидком кислороде и озоне.

Химические свойства Фтора. Конфигурация внешних электронов атома Фтора 2s 2 2p 5 . В соединениях проявляет степень окисления -1. Ковалентный радиус атома 0,72Å, ионный радиус 1,ЗЗÅ. Сродство к электрону 3,62 эв, энергия ионизации (F → F+) 17,418эв. Высокими значениями сродства к электрону и энергии ионизации объясняется сильная электроотрицательность атома Фтора, наибольшая среди всех других элементов. Высокая реакционная способность Фтора обусловливает экзотермичность фторирования, которая, в свою очередь, определяется аномально малой величиной энергии диссоциации молекулы Фтора и большими величинами энергии связей атома Фтора с других атомами. Прямое фторирование имеет цепной механизм и легко может перейти в горение и взрыв. Фтор реагирует со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. С кислородом взаимодействует в тлеющем разряде, образуя при низких температуpax фториды кислорода O 2 F 2 , O 3 F 2 и другие. Реакции Фтора с других галогенами экзотермичны, в результате образуются межгалогенные соединения. Хлор взаимодействует с Фтором при нагревании до 200-250 "С, давая монофтористый хлор ClF и трехфтористый хлор ClF 3 . Известен также ClF 5 , получаемый фторированием ClF 3 при высокой температуре и давлении 25 Мн/м2 (250 кгс/см2). Бром и иод воспламеняются в атмосфере Фтора при обычной температуре, при этом могут быть получены BrF 3 , BrF 5 , IF 3 , IF 2 . Фтор непосредственно реагирует с криптоном, ксеноном и радоном, образуя соответствующие фториды (например, XeF 4 , XeF 6 , KrF 2). Известны также оксифториды ксенона.

Взаимодействие Фтора с серой сопровождается выделением тепла и приводит к образованию многочисленных фторидов серы. Селен и теллур образуют высшие фториды SeF 6 и TeF 6 . Фтор с водородом реагируют с воспламенением; при этом образуется фтористый водород. Это радикальная реакция с разветвлением цепей: HF* + Н 2 = HF + Н 2 *; Н 2 * + F 2 = HF + Н + F (где HF* и Н 2 * - молекулы в колебательно-возбужденном состоянии); реакция используется в химических лазерах. Фтор с азотом реагирует лишь в электрическом разряде. Древесный уголь при взаимодействии с Фтором воспламеняется при обычной температуре; графит реагирует с ним при сильном нагревании, при этом возможно образование твердого фтористого графита (CF) Х или газообразных перфторуглеродов CF 4 , C 2 F 6 и других. С бором, кремнием, фосфором, мышьяком Фтор взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды.

Фтор энергично соединяется с большинством металлов; щелочные и щелочноземельные металлы воспламеняются в атмосфере Фтора на холоду, Bi, Sn, Ti, Mo, W - при незначительном нагревании. Hg, Pb, U, V реагируют с Фтором при комнатной температуре, Pt - при температуре темнокрасного каления. При взаимодействии металлов с Фтор образуются, как правило, высшие фториды, например UF 6 , MoF 6 , HgF 2 . Некоторые металлы (Fe, Cu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с Фтором с образованием защитной пленки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции.

При взаимодействии Фтора с оксидами металлов на холоду образуются фториды металлов и кислород; возможно также образование оксифторидов металлов (например, MoO 2 F 2). Оксиды неметаллов либо присоединяют Фтор, например SO 2 + F 2 = SO 2 F 2 , либо кислород в них замещается на Фтор, например SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + О 2 . Стекло очень медленно реагирует с Фтором; в присутствии воды реакция идет быстро. Вода взаимодействует с Фтором: 2Н 2 О + 2F 2 = 4HF + О 2 ; при этом образуется также OF 2 и пероксид водорода Н 2 О 2 . Оксиды азота NO и NO 2 легко присоединяют Фтор с образованием соответственно фтористого нитрозила FNO и фтористого нитрила FNO 2 . Оксид углерода (II) присоединяет Фтор при нагревании с образованием фтористого карбонила: СО + F 2 = COF 2 .

Гидрооксиды металлов реагируют с Фтором, образуя фторид металла и кислород, например 2Ва(ОН) 2 + 2F 2 = 2BaF 2 + 2Н 2 О + О 2 . Водные растворы NaOH и KOH реагируют с Фтором при 0°С с образованием OF 2 .

Галогениды металлов или неметаллов взаимодействуют с Фтором на холоду, причем Фтор замещает все галогены.

Легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с Фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N 2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах или металлы в их солях, например НNО 3 (или NaNO 3) + F 2 = FNO 3 + HF (или NaF); в более жестких условиях Фтор вытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид, например Na 2 SO 4 + 2F 2 = 2NaF +SO 2 F 2 + O 2 . Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с Фтором при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, СО 2 и О 2 .

Фтор энергично реагирует с органических веществами.

Получение Фтора. Источником для производства Фтора служит фтористый водород, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H 2 SO 4 · на флюорит CaF 2 , либо при переработке апатитов и фосфоритов. Производство Фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF-(1,8-2,0)HF, который образуется при насыщении расплава KF-HF фтористым водородом до содержания 40-41% HF. Материалом для электролизера обычно служит сталь; электроды - угольный анод и стальной катод. Электролиз ведется при 95-100 °С и напряжении 9-11 в; выход Фтора по току достигает 90-95%. Получающийся Фтор содержит до 5% HF, который удаляется вымораживанием с последующим поглощением фторидом натрия. Фтор хранят в газообразном состоянии (под давлением) и в жидком виде (при охлаждении жидким азотом) в аппаратах из никеля и сплавов на его основе (монелъ-металл), из меди, алюминия и его сплавов, латуни, нержавеющей стали.

Применение Фтора. Газообразный Фтор служит для фторирования UF 4 в UF 6 , применяемого для изотопов разделения урана, а также для получения трехфтористого хлора ClF 3 (фторирующий агент), шестифтористой серы SF 6 (газообразный изолятор в электротехнической промышленности), фторидов металлов (например, W и V). Жидкий Фтор - окислитель ракетных топлив.

Широкое применение получили многочисленные соединения Фтора - фтористый водород, фторид алюминия, кремнефториды, фторсульфоновая кислота (растворитель, катализатор, реагент для получения органических соединений, содержащих группу - SO 2 F), BF 3 (катализатор), фторорганические соединения и другие.

Техника безопасности. Фтор токсичен, предельно допустимая концентрация его в воздухе примерно 2·10 -4 мг/л, а предельно допустимая концентрация при экспозиции не более 1 ч составляет 1,5·10 -3 мг/л.

Фтор в организме. Фтор постоянно входит в состав животных и растительных тканей; микроэлемент. В виде неорганических соединений содержится главным образом в костях животных и человека -100-300 мг/кг; особенно много Фтора в зубах. Кости морских животных богаче Фтором по сравнению с костями наземных. Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание Фтора в которой 1-1,5 мг/л. При недостатке Фтора у человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении - флюороз. Высокие концентрации ионов Фтора опасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом отношении элементов. (Р, Са, Mg и других), нарушающему их баланс в организме. Органические производные Фтора обнаружены только в некоторых растениях (например, в южноафриканском Dichapetalum cymosum). Основные из них - производные фторуксусной кислоты, токсичные как для других растений, так и для животных. Установлена связь обмена Фтора с образованием костной ткани скелета и особенно зубов.

Отравления Фтором возможны у работающих в химические промышленности, при синтезе фторсодержащих соединений и производстве фосфорных удобрений. Фтор раздражает дыхательные пути, вызывает ожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочек гортани и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения; в тяжелых случаях - отек легких, поражение центральной нервной системы и других; при хроническом - конъюнктивит, бронхит, пневмония, пневмосклероз, флюороз. Характерно поражение кожи типа экземы. Первая помощь: промывание глаз водой, при ожогах кожи - орошение 70%-ным спиртом; при ингаляционном отравлении - вдыхание кислорода. Профилактика: соблюдение правил техники безопасности, ношение специальной одежды, регулярные медицинские осмотры, включение в пищевой рацион кальция, витаминов.

Фтор является самым легким членом семейства галогенов, элементов группы 17 (VIIA) периодической таблицы. К данной группе также относятся хлор, бром, йод и астат.

Краткая характеристика

9 электронов фтора образуют конфигурацию 1s 2 2s 2 2p 5 . В заполненной внутренней оболочке находятся 2 электрона и 7 - на внешней, что оставляет 1 свободное место.

Строение фтора делает его наиболее активным химическим элементом, реагирующим практически со всеми веществами. При высоких температурах и давлениях он даже вступает в реакцию с благородными газами, хотя обычно элементы группы 18 (VIIIA), также известные как инертные газы, не взаимодействуют с другими веществами.

Фтор был открыт в 1886 году французским химиком Анри Муассаном (1852-1907). Он собрал газ, пропуская электрический ток через фтористый водород (H 2 F 2).

О том, что такое фтор, потребители больше всего знают по двум его соединениям. Двухатомный газ используется для получения фторидов, соединений, которые с 1950-х гг. входят в состав зубных паст. Они эффективны в предотвращении кариеса, поэтому их даже добавляют в городские системы водоснабжения.

Другая группа соединений фтора - это хлорфторуглероды (ХФУ). В течение многих лет они были чрезвычайно популярны в качестве аэрозольных пропеллентов. Однако ХФУ в верхних слоях атмосферы реагируют с озоном (О 3). Озоновый слой фильтрует вредное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое представляет собой электромагнитную радиацию с длинами волн, меньшими длины фиолетового спектра и, следовательно, с более высокой энергией, чем у видимого света. Поэтому производство ХФУ теперь запрещено.

История открытия

Химия всегда была опасной наукой. А ранняя химия являлась смертельно опасным занятием. Ученые работали с веществами, о которых они знали очень мало. Открытие новых соединений и элементов часто имело трагические последствия.

Фтор является чрезвычайно опасным веществом. Пытаясь изолировать элемент, химики получали ужасные ожоги и даже умирали. Газ фтор повреждает мягкие ткани дыхательных путей.

В начале 1500-х годов немецкий ученый Георгий Агрикола (1494-1555) описал плавиковый шпат, который назвал «флюоритом». Это слово происходит от латинского глагола fluere («течь»). Агрикола утверждал, что плавиковый шпат, добавленный к расплавленным металлическим рудам, делал их более жидкими, что облегчало работу с ними. Немецкий ученый не знал, что данный минерал содержит фтор в виде фторида кальция (CaF 2).

Флюорит стал предметом интенсивного изучения. В 1670 г. немецкий стеклодув Генрих Шванхард обнаружил, что смесь плавикового шпата и кислоты образует вещество, которое можно использовать для травления стекла, т. е. химической реакции образования матовой поверхности. Этот процесс используется для нанесения на стекло узоров, а также для создания точных научных измерительных приборов.

В 1771 г. шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле (1742-86) было найдено новое вещество для травления. Он подробно описал свойства фтористоводородной кислоты (HF). Работа Шееле способствовала интенсивному изучению этого соединения.

Химики искали способы разложить фтористоводородную кислоту на составляющие. Они предполагали, что должен быть обнаружен элемент, которого они никогда не видели прежде. Однако они не знали, что такое фтор и каким опасным он является. Многие исследователи фтористоводородной кислоты стали инвалидами, вдохнув газообразный HF. Один из них, бельгийский химик Paulin Louyet (1818-1850), умер от воздействия этого вещества.

Наконец, в 1888 г. проблема была решена. Французский химик Анри Муассан получил раствор фтористоводородной (HF) кислоты во фториде калия (KHF 2). Затем он охладил его до -23 °C и пропустил через него электрический ток. На одном конце аппарата появился газ. Новый химический элемент получил название fluorine, производное от латинского наименования плавикового шпата. Слово «фтор» в 1810 г. предложил Андре Ампер. Оно имеет греческое происхождение и означает «разрушение».

Физические свойства

Фтор представляет собой бледно-желтый газ с плотностью 1,695 г/л. Это делает его примерно в 1,3 раз плотнее воздуха. Фтор переходит в жидкое состояние при температуре -188,13 °C и в твердое - при -219,61 °C. Вещество обладает сильным специфическим запахом, похожим на запах хлора и озона, ощутимым даже в очень малых количествах - до 20 частей на миллиард. Это свойство очень полезно для тех, кто работает с фтором - газ можно обнаружить и избежать вредного воздействия при его попадании в помещение.

Химические свойства

Энергия связи F 2 намного ниже, чем у Cl 2 или Br 2 и идентична перекиси водорода. Высокая электроотрицательность является причиной диссоциации, высокой реактивности и сильных химических связей фтора с другими атомами. Он легко вступает в связь с любым другим элементом, кроме гелия, неона и аргона. Фтор реагирует с большинством соединений, часто очень активно. Например, при смешивании с водой происходит взрыв. По этим причинам в лаборатории необходимо проявлять особую осторожность.

Нахождение в природе

В свободном состоянии элемент фтор не встречается. Наиболее распространенными фторсодержащими минералами являются плавиковый шпат, фторапатит и криолит. Апатит представляет собой сложный минерал, содержащий прежде всего кальций, фосфор и кислород, как правило, в соединении с фтором. Криолит также известен как гренландский шпат, поскольку остров Гренландия является единственным коммерческим источником этого минерала. В основном он состоит из натрийалюминийфторида Na 3 ALF 6 .

Главными мировыми производителями сырья для получения фтора являются Китай, Мексика, Монголия и Южная Африка. Соединенные Штаты когда-то добывали небольшое количество плавикового шпата, но последняя шахта была закрыта в 1995 г., и страна стала импортировать фторсодержащие руды.

В земной коре фтор содержится в изобилии. Его доля оценивается примерно в 0,06%. Это делает его примерно 13-м наиболее распространенным элементом в земной коре, что примерно соответствует содержанию марганца или бария.

Что такое фтор-19?

Химический элемент имеет только один природный изотоп - 19 F. Изотопы представляют собой другую форму элемента, отличающуюся по массовому числу, которое соответствует количеству протонов и нейтронов в ядре атома. Количество протонов определяет элемент, но число его нейтронов может быть разным. При этом каждая вариация представляет собой изотоп. У фтора-19 большое гиромагнитное отношение и исключительная чувствительность к магнитным полям. Поскольку это единственный стабильный изотоп, он используется в магнитно-резонансной томографии.

Известны 17 радиоактивных изотопов фтора. Из них наиболее стабильным является 18 F. Его ядра делятся с периодом полураспада 109,77 минуты. 18 F иногда используется для медицинских исследований. Попадая в организм, фтор перемещается в основном в кости. Его присутствие может быть обнаружено испускаемым им излучением. Радиационная картина позволяет определить состояние костной ткани. Фтор-18 иногда используется аналогично изучению функции мозга.

Получение, определение, использование

Промышленное производство фтора основано на методе Муассана. Электрический ток напряжением 8-12 В пропускают через смесь HF и KF с образованием H 2 и F 2 .

Определение фтора в растворах производится методом потенциометрии, т. е. измерения электродного потенциала. Мембрана электрода изготавливается из монокристаллического LaF 3 , легированного дифторидами драгоценных металлов.

В элементарном состоянии фтор применяется относительно мало. Он слишком активен для этого. Используется в ракетном топливе, обеспечивая горение, подобно кислороду. Больше всего востребован в связанном состоянии. Фториды представляют собой соединения фтора с металлом. Примерами являются фторид натрия (NaF), кальция (CaF 2) и олова (SnF 2).

Защита для зубов

Фтор входит в состав зубных паст. Исследования показали, что небольшое количество фторидов может помочь снизить заболеваемость кариесом. Они осаждаются по мере образования нового материала зуба, что делает его сильным и устойчивым к разрушению.

В некоторых городах фториды добавляются в систему водоснабжения. Поступая таким образом, власти надеются улучшить стоматологическое здоровье горожан. Больше всего от этого выигрывает молодежь, чьи зубы все еще развиваются. Процесс добавления фторидов в систему водоснабжения называется фторированием. Слишком большое содержание фтора в воде приводит к потемнению зубов и появлению постоянных пятен.

Польза или вред?

Некоторые беспокоятся о долгосрочном воздействии фторидов в общественном водоснабжении на здоровье населения. Они указывают на то, что фтор является смертельным ядом, и что его соединения также могут быть токсичными. Это правда, F 2 очень опасен, но свойства соединений отличаются от составляющих их элементов. Так что беспокойство является беспочвенным.

Сильный характерный запах фтора позволяет обнаружить его утечку и избежать контакта с ним.

Фториды, как правило, опасны только в больших дозах. Их концентрация в воде обычно очень мала, всего несколько частей на миллион. Большинство экспертов в области стоматологии и здравоохранения считают, что такой фтор является полезным и не несет угрозу здоровью людей.

Тефлон

Случайные открытия играют большую роль в научных исследованиях. Примером удачной и очень прибыльной случайности может служить материал тефлон - пластик, изготавливаемый компанией DuPont Chemical Company. Он стал важным коммерческим продуктом, потому что к нему практически почти ничего не прилипает. Сегодня у каждого есть сковороды, внутренняя поверхность которых покрыта этим материалом, поскольку во время готовки пища не пригорает. Кроме того, тефлоновые сковороды не нуждаются в растительном или животном масле.

Тефлон был случайно обнаружен в 1938 г. химиком компании «Дюпон» Роем Планкеттом (1911-1994), который занимался разработкой хлорфторуглеродов (ХФУ). Он хотел узнать, что произойдет, если смешать тетрафторэтилен (ТФЭ) C 2 F 4 с хлорной кислотой. Для проведения эксперимента он установил оборудование таким образом, чтобы газообразный ТФЭ должен был поступать в емкость с HCl. Но когда он открыл вентиль, ничего не произошло. Планкетт мог выбросить сосуд, но он этого не сделал. Вместо этого химик распилил его и обнаружил, что ТФЭ полимеризовался в одну массу, т. е. тысячи отдельных молекул ТФЭ объединились в одну, называемую политетрафторэтиленом (ПТФЭ).

Планкетт выскреб образовавшийся белый порошок и отправил его ученым «Дюпона», занимавшихся разработкой искусственных волокон. Они изучили новый материал и обнаружили его антипригарные свойства. Вскоре для нового материала началась разработка ряда применений.

Компания DuPont зарегистрировала торговую марку Teflon в 1945 г. и через год выпустила свои первые продукты. С тех пор антипригарное покрытие стало обычным на кухонной посуде, тефлон появился в спреях для выпечки и в качестве защиты от пятен для тканей и текстиля.

Хлорфторуглероды

Элемент фтор также использовался в производстве фреонов. Хлорфторуглероды были обнаружены в конце 1920 годов американским инженером-химиком Томасом Мидгли-младшим (1889-1944). Эти соединения обладают рядом интересных свойств. Они очень стабильны и не разрушаются при использовании в промышленности. Фреон широко применялся в системах кондиционирования и в холодильниках, в качестве чистящих средств, в аэрозолях и в составе специализированных полимеров. Производство ХФУ выросло с 1 тыс. т в 1935 г. до более чем 300 тыс. т в 1965 г. и 700 тыс. т в 1985 г.

Однако к середине 1980-х гг. исследования показали, что эти соединения наносят ущерб озоновому слою, который находится на высоте от 20 до 50 км над поверхностью Земли и важен для жизни на нашей планете, потому что защищает ее от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Это привело к постепенному прекращению производства и использования в большинстве стран мира. Появились новые, безопасные для Земли материалы, заменившие ХФУ.

Защита всего живого

ХФУ раньше были популярными промышленными химикатами, потому что их трудно разрушить. Долгое время эти вещества использовались в кондиционерах и холодильниках в качестве агента, переносящего тепло во внешнее пространство. Но ученые поняли, что ХФУ представляют угрозу для озонового слоя, потому что они разрушаются. Как это возможно? Всегда есть вероятность утечки хладагента из кондиционеров и холодильников. ХФУ представляют собой газы или жидкости, которые легко испаряются и поднимаются вверх в атмосферу. В конечном итоге они достигают озонового слоя.

На этой высоте под действием интенсивного солнечного излучения ХФУ разрушаются. Стабильная на земле молекула на большой высоте утрачивает это качество. При ее разрушении выделяется атом хлора, который может вступать в реакцию с O 3 . Озон фильтрует вредное излучение Солнца, вызывающее сильные солнечные ожоги и рак кожи. Кислород на это не способен. Чем больше ХФУ в атмосфере, тем больше атомов хлора. Чем больше атомов хлора, тем меньше молекул озона и больше ультрафиолета достигает поверхности Земли, оказывая негативное влияние на здоровье человека.

К середине 1980 годов были получены доказательства того, что ХФУ наносят ущерб озоновому слою. Именно это убедило политиков запретить дальнейшее производство и использование хлорфторуглеродов.

Влияние на здоровье человека

Фтор - химический элемент, который может быть очень опасным. При вдыхании в небольших количествах он вызывает сильное раздражение дыхательной системы (носа, горла и легких). В больших количествах это может привести к смерти. Наибольшая допустимая доза фтора составляет 1 часть на миллион частей воздуха в течение 8 часов.

Разрушение и гибель. Так с греческого переводится название фтора . Имя связано с историей его открытия. Десятки ученых покалечились, либо умерли, пытаясь выделить элемент, о существовании которого первым предположил Шееле. Он получил плавиковую кислоту, но не смог добыть из нее новое вещество – флюорий.

Название связано с минералом – основой плавиковой кислоты и главным источником фтора . Получить его методом электролиза пытались и братья Ноксы из Англии, Гей-Люссак и Тенар из Франции. В ходе экспериментов погибли.

Дэви, открывший натрий, калий и кальций, связавшись с флюорием, отравился и стал инвалидом. После, научное сообщество переименовало элемент. Но так ли он опасен вне химических лабораторий и зачем нужен? На эти вопросы ответим далее.

Химические и физические свойства фтора

Фтор занимает 9-ую позицию в . В природе элемент состоит из одного стабильного нуклида. Так называют атомы, жизненный цикл которых достаточен для наблюдений и научных изысканий. Масса атома фтора – 18,998. В молекуле атомов 2.

Фтор – элемент с самой большой электроотрицательностью. Явление связано со способностью атома соединяться с другими и притягивать к себе электроны. Показатель фтора по шкале Полинга – 4. Это способствует славе 9-го элемента, как самого активного неметалла. В обычном состоянии, это желтоватый газ. Он токсичен, имеет резкий запах – нечто среднее между ароматами озона и хлора.

Фтор – вещество с аномально низкой для газов температурой кипения – всего 188 градусов Цельсия. Остальные галогены, то есть, типичные неметаллы из 7-ой группы таблицы Менделеева, кипят при больших показателях. Это связано с тем, что у них есть d-подуровень, отвечающий за полуторные связи. Молекула фтора такового не имеет.

Активность фтора выражается в числе и характере возможных реакций с другими элементами. Соединение с большинством из них сопровождается горением и взрывами. В контакте с водородом пламя рождается даже при пониженных температурах. В атмосфере фтора горит даже вода. Более того, в камере с желтоватым газом воспламеняется – наиболее инертный и ценный элемент.

Соединения фтора невозможны лишь с неоном, аргоном и гелием. Все 3 газа легки и инертны. Не из газов, фтору не поддается . Есть ряд элементов, реакции с которыми возможны лишь при повышенной температуре. Так, пара хлор-фтор взаимодействует лишь при 200-250-ти градусах Цельсия.

Применение фтора

Без фтора не обходятся тефлоновые покрытия. Их научное название – тетрафторэтилены. Соединения относятся к органической группе и обладают антипригарными свойствами. По сути, тефлон является пластмассой, но нестандартно тяжелой. В 2 раза превышена плотность воды, — вот причина излишнего веса покрытия и посуды с ним.

В ядерной промышленности фтор имеет связь с процессом разделения изотопов урана. Ученые говорят, что не будь 9-го элемента, не было бы и атомных станций. Горючим для них служит не любой уран, а лишь несколько его изотопов, в частности, 235-ый. Методы разделения рассчитаны на газы и летучие жидкости.

Но, уран кипит при 3500 градусах Цельсия. Непонятно, какие материалы для колонн и центрифуг выдержат такой жар. Благо, есть летучий гексафторид урана, кипящий лишь при 57-ми градусах. Из него-то и выделяют металлическую фракцию.

Окисление фтора , точнее, окисление им ракетного топлива – важный элемент авиационной промышленности. В ней пригождается не газообразный элемент, а жидкость. В этом состоянии фтор становится ярко-желтым и наиболее реакционным.

В металлургии используют стандартный газ. Формула фтора преображается. Элемент включают в соединение, необходимое для получения алюминия. Его производят путем электролиза. В нем-то и участвует гексафторалюминат.

В оптике пригождается соединение магний-фтор , то есть, фторид . В диапазоне световых волн от вакуумного ультрафиолета до инфракрасного излучения он прозрачен. Вот и идет соединение на линзы и призмы для специализированных оптических приборов.

9-ый элемент замечен и медиками, в частности, стоматологами. Они обнаружили 0,02% фтора в составе зубов. Потом, выяснилось, что в регионах, где вещества не хватает, выше заболеваемость кариесом.

Содержится фтор в воде , откуда и поступает в организм. В дефицитных местностях стали искусственно добавлять элемент в воду. Ситуация исправилась. Поэтому, создана паста с фтором .

Фтор в зубной эмали может вызвать флюороз – потемнение, пятнистость тканей. Это следствие переизбытка элемента. Поэтому в регионах с нормальным составом воды лучше выбирать зубную пасту без фтора . Нужно, так же, отслеживать его содержание в продуктах питания. Есть даже фторированное молоко. Морепродукты обогащать не надо, в них и так много 9-го элемента.

Паста без фтора – выбор, связанный с состоянием зубов. Но в медицине элемент нужен не только в сфере стоматологии. Препараты фтора выписывают при проблемах со щитовидной железой, к примеру, базедовой болезни. В борьбе с ней ведущую роль играет пара фтор-йод .

Лекарства с 9-ым элементом нужны тем, у кого хронический диабет. Глаукома и рак тоже в списке недугов, которые лечат с участием фтора . Как кислород вещество, порой, требуется при болезнях бронх и ревматических диагнозах.

Добыча фтора

Добывают фтор все тем же путем, который помог открыть элемент. После череды смертей, одному из ученых удалось не только выжить, но и выделить небольшое количество желтоватого газа. Лавры достались Анри Муассану. За свое открытие француз удостоился Нобелевской премии. Ее выдали в 1906-ом году.

Муассан воспользовался методом электролиза. Чтобы не отравится парами, химик проводил реакцию в стальном электризере. Этот аппарат применяется и сейчас. В него помещается кислый фторид калия .

Процесс проходит при температуре в 100 градусов Цельсия. Катод используют стальной. Анод в установке угольный. Важно соблюдение герметичности системы, ведь пары фтора ядовиты.

В лабораториях для герметичности закупают специальные пробки. Их состав: кальций-фтор . Лабораторная установка – это два медных сосуда. Первый заполняют расплавом, погружая в него второй. У внутреннего сосуда есть отверстие в дне. Через него проходит никелевый анод.

Катод располагают в первом сосуде. От аппарата отходят трубки. Из одной выделяется водород, из второй – фтор. Чтобы сохранить гермитичность, недостаточно одних пробок и фторида кальция. Нужна еще и смазка. В ее роли выступает глицерин или же оксид .

Лабораторный метод получения 9-го элемента используют лишь для учебных демонстраций. Практического применения технология не имеет. Однако, ее существование доказывает, что можно обойтись и без электролиза. Однако, необходимости в этом нет.

Цена фтора

Стоимости фтора, как такового, нет. Цены устанавливаются уже на продукты с содержанием 9-го элемента таблицы Менделеева. Зубные пасты, к примеру, стоят, как правило, от 40-ка до 350-ти рублей. Лекарства, так же, есть копеечные и дорогостоящие. Все зависит от производителя, наличия на рынке аналогичного товара других фирм.

Что же касается цены фтора для здоровья, она, как видно, может быть высока. Элемент токсичен. Обращение с ним требует осторожности. Фтор способен принести пользу и даже вылечить.

Но, для этого нужно многое знать о веществе, предугадывать его поведение и, конечно, советоваться со специалистами. По распространенности на Земле фтор занимает 13-е место. Само число, называемое чертовой дюжиной, заставляет быть с элементом поосторожнее.

Фтор - довольно распространенный элемент, его кларк в земной коре составляет 6,25 - 10 2 % по массе. Этот элемент встречается в составе более чем 100 минералов. Для промышленного получения F 2 и его соединений используют флюорит CaF 2 (плавиковый шпат).

Физические свойства F 2

При об. Т - газ бледно-желтого цвета с резким запахом; х. р. в жидких водороде и кислороде.

Получить свободный фтор химическим способом невозможно, так как ни один химический окислитель не может осуществить переход

Способы получения

Для получения F 2 применяют метод электролиза расплава смеси HF и KF (KHF 2):

Электролиз: 2HF = H 2 + F 2

Химические свойства F 2

Фтор - самый сильный окислитель из всех простых веществ; непосредственно он не соединяется только с N 2 , Не, Ne, Аr, а также при обычных условиях - с O 2 .

Взаимодействие с металлами

Ме + F 2 = Me +x F -1 x (фториды)

а) со щелочными Ме - со взрывом;

б) с большинством металлов - воспламенеие;

в) с малоактивными Ме - при нагревании (при высокой температуре даже Pt горит в атмосфере F 2)

Взаимодействие с неметаллами

НеМе + F 2 = НеMeF x (фториды)

2Р + 5F 2 = 2PF 5

(реакции с S и P протекают даже при охлаждении жидким N 2)

(даже в темноте - со взрывом)

Hal 2 + F 2 = HalF x

Xe + 3F 2 = XeF 6

Взаимодействие с водой

Фтор нельзя растворить в воде и получить «фторную воду», так как он активно разлагает воду. Среди продуктов реакции обнаруживаются: фториды кислорода OF 2 , O 2 F 2 ; пероксид водорода Н 2 O 2 ; кислород, озон, фтороводород.

2F 2 + Н 2 O = OF 2 + 2HF

2F 2 + 2Н 2 О = O 2 + 4HF

Взаимодействие с SiO 2

Кварц загорается в атмосфере F 2

2F 2 + SiO 2 = SiF 4 + O 2

Фтороводород HF

Самое прочное вещество среди HHal, образовано сильно полярными молекулами.

Физические свойства

По сравнению с другими HHal имеет аномально высокие т. пл. (~83°С) и т. кип. (19,5°С). Причина - объединение молекул в прочные ассоциаты (HF) n водородными связями:

Фтороводород - бесцв. легкоподвижная и легкоиспаряющаяся жидкость с резким, удушающим запахом.

Водный р-р HF - плавиковая кислота (фтороводородная к-та)

Фтороводород обладает неограниченной растворимостью в воде; образующийся раствор имеет свойства слабой кислоты (К дисс = 6,8-10 -4). Название «плавиковая кислота» получила из-за способности растворять кварц, стекло и все силикаты.