Fluor jest pierwiastkiem chemicznym (symbol F, liczba atomowa 9), niemetalem należącym do grupy halogenów. Jest najbardziej aktywną i elektroujemną substancją. W normalnej temperaturze i ciśnieniu cząsteczka fluoru jest jasnożółtym trującym gazem o wzorze F2. Podobnie jak inne halogenki, fluor cząsteczkowy jest bardzo niebezpieczny i powoduje poważne oparzenia chemiczne w kontakcie ze skórą.
Użyj
Fluor i jego związki są szeroko stosowane, m.in. do produkcji farmaceutyków, agrochemikaliów, paliw i smarów oraz tekstyliów. Kwas fluorowodorowy służy do wytrawiania szkła, a plazma fluorowa do produkcji półprzewodników i innych materiałów. Niskie stężenie jonów F w paście do zębów i wodzie pitnej może pomóc w zapobieganiu próchnicy zębów, podczas gdy wyższe stężenia znajdują się w niektórych środkach owadobójczych. Wiele środków do znieczulenia ogólnego to pochodne wodorofluorowęglowodorów. Izotop 18F jest źródłem pozytonów do pozyskiwania lekówobrazowanie metodą pozytonowej tomografii emisyjnej, a sześciofluorek uranu służy do oddzielania izotopów uranu i produkcji wzbogaconego uranu dla elektrowni jądrowych.
Historia odkryć
Minerały zawierające związki fluoru były znane na wiele lat przed wyizolowaniem tego pierwiastka chemicznego. Na przykład fluoryt mineralny (lub fluoryt), składający się z fluorku wapnia, został opisany w 1530 roku przez George'a Agricola. Zauważył, że może być używany jako topnik, substancja, która pomaga obniżyć temperaturę topnienia metalu lub rudy i pomaga oczyścić pożądany metal. Dlatego fluor ma swoją łacińską nazwę od słowa fluere („płynąć”).
W 1670 r. dmuchacz szkła Heinrich Schwanhard odkrył, że szkło zostało wytrawione przez działanie fluorku wapnia (fluorspar) potraktowanego kwasem. Carl Scheele i wielu późniejszych badaczy, w tym Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, eksperymentowali z kwasem fluorowodorowym (HF), który można było łatwo uzyskać, traktując CaF stężonym kwasem siarkowym.
W końcu stało się jasne, że HF zawiera nieznany wcześniej pierwiastek. Jednak ze względu na nadmierną reaktywność substancji tej przez wiele lat nie można było wyizolować. Nie tylko trudno go oddzielić od związków, ale natychmiast reaguje z innymi ich składnikami. Izolacja elementarnego fluoru z kwasu fluorowodorowego jest niezwykle niebezpieczna, a wczesne próby oślepły i zabiły kilku naukowców. Ci ludzie stali się znani jako „męczennicy”.fluor.”
Odkrycie i produkcja
W końcu w 1886 roku francuskiemu chemikowi Henri Moissanowi udało się wyizolować fluor przez elektrolizę mieszaniny stopionych fluorków potasu i kwasu fluorowodorowego. Za to otrzymał w 1906 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Jego elektrolityczne podejście jest nadal wykorzystywane do produkcji przemysłowej tego pierwiastka chemicznego.
Pierwsza produkcja fluoru na dużą skalę rozpoczęła się podczas II wojny światowej. Było to wymagane na jednym z etapów tworzenia bomby atomowej w ramach Projektu Manhattan. Fluor został użyty do produkcji sześciofluorku uranu (UF6), który z kolei został użyty do oddzielenia dwóch izotopów 235U iod siebie 238U. Obecnie gazowy UF6 jest potrzebny do produkcji wzbogaconego uranu dla energetyki jądrowej.
Najważniejsze właściwości fluoru
W układzie okresowym pierwiastek znajduje się na szczycie grupy 17 (wcześniej grupa 7A), która nazywana jest halogenem. Inne halogeny obejmują chlor, brom, jod i astat. Ponadto F znajduje się w drugim okresie między tlenem a neonem.
Czysty fluor jest gazem powodującym korozję (wzór chemiczny F2) o charakterystycznym ostrym zapachu, który występuje w stężeniu 20 nl na litr objętości. Jako najbardziej reaktywny i elektroujemny ze wszystkich pierwiastków, z większością z nich łatwo tworzy związki. Fluor jest zbyt reaktywny, aby istnieć w postaci pierwiastkowej i ma takąpowinowactwo do większości materiałów, w tym krzemu, że nie można go przygotować ani przechowywać w szklanych pojemnikach. W wilgotnym powietrzu reaguje z wodą, tworząc równie niebezpieczny kwas fluorowodorowy.
Fluor, wchodząc w interakcję z wodorem, eksploduje nawet w niskich temperaturach iw ciemności. Reaguje gwałtownie z wodą tworząc kwas fluorowodorowy i gazowy tlen. Różne materiały, w tym drobno rozproszone metale i szkła, płoną jasnym płomieniem w strumieniu gazowego fluoru. Ponadto ten pierwiastek chemiczny tworzy związki z gazami szlachetnymi kryptonem, ksenonem i radonem. Nie reaguje jednak bezpośrednio z azotem i tlenem.
Pomimo ekstremalnej aktywności fluoru, obecnie dostępne są metody jego bezpiecznego obchodzenia się i transportu. Element może być przechowywany w pojemnikach stalowych lub monelowych (stop bogaty w nikiel), ponieważ na powierzchni tych materiałów tworzą się fluorki, które uniemożliwiają dalszą reakcję.
Fluorki to substancje, w których fluor występuje jako jon naładowany ujemnie (F-) w połączeniu z niektórymi pierwiastkami naładowanymi dodatnio. Związki fluoru z metalami należą do najbardziej stabilnych soli. Po rozpuszczeniu w wodzie dzielą się na jony. Inne formy fluoru to kompleksy, na przykład [FeF4]- i H2F+.
Izotopy
Istnieje wiele izotopów tego halogenu, od 14F do 31F. Ale skład izotopowy fluoru obejmuje tylko jeden z nich,19F, który zawiera 10 neutronów, ponieważ jako jedyny jest stabilny. Radioaktywny izotop 18F jest cennym źródłem pozytonów.
Wpływ biologiczny
Fluor w organizmie znajduje się głównie w kościach i zębach w postaci jonów. Fluoryzacja wody pitnej w stężeniu poniżej jednej części na milion znacząco zmniejsza zachorowalność na próchnicę - według National Research Council of the National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych. Z drugiej strony nadmierne gromadzenie się fluoru może prowadzić do fluorozy, która objawia się plamistością zębów. Efekt ten jest zwykle obserwowany na obszarach, gdzie zawartość tego pierwiastka chemicznego w wodzie pitnej przekracza stężenie 10 ppm.
For pierwiastkowy i sole fluoru są toksyczne i należy się z nimi obchodzić z dużą ostrożnością. Należy ostrożnie unikać kontaktu ze skórą lub oczami. W reakcji ze skórą powstaje kwas fluorowodorowy, który szybko przenika do tkanek i reaguje z wapniem w kościach, trwale je uszkadzając.
Środowiskowy fluor
Roczna światowa produkcja minerału fluorytu wynosi około 4 miliony ton, a całkowita pojemność zbadanych złóż mieści się w granicach 120 milionów t. Główne obszary wydobycia tego minerału to Meksyk, Chiny i Europa Zachodnia.
Fluor występuje naturalnie w skorupie ziemskiej, gdzie można go znaleźć w skałach, węglu i glinie. Fluorki są uwalniane do powietrza w wyniku erozji wietrznej gleb. Fluor jest 13. najobficiej występującym pierwiastkiem chemicznym w skorupie ziemskiej - jego zawartośćrówna się 950 ppm. W glebach jego średnie stężenie wynosi około 330 ppm. Fluorowodór może być uwalniany do powietrza w wyniku przemysłowych procesów spalania. Fluorki znajdujące się w powietrzu opadają na ziemię lub do wody. Kiedy fluor wiąże się z bardzo małymi cząsteczkami, może pozostawać w powietrzu przez długi czas.
W atmosferze 0,6 miliardowych tego pierwiastka chemicznego występuje w postaci mgły solnej i organicznych związków chloru. Na obszarach miejskich stężenie osiąga 50 części na miliard.
Połączenia
Fluor to pierwiastek chemiczny, który tworzy szeroką gamę związków organicznych i nieorganicznych. Chemicy mogą zastąpić nim atomy wodoru, tworząc w ten sposób wiele nowych substancji. Wysoce reaktywny halogen tworzy związki z gazami szlachetnymi. W 1962 Neil Bartlett zsyntetyzował heksafluoroplatynian ksenonu (XePtF6). Otrzymano również fluorki kryptonu i radonu. Innym związkiem jest fluorowodorek argonu, który jest stabilny tylko w ekstremalnie niskich temperaturach.
Zastosowania przemysłowe
W stanie atomowym i molekularnym fluor jest używany do wytrawiania plazmowego w produkcji półprzewodników, płaskich wyświetlaczy panelowych i systemów mikroelektromechanicznych. Kwas fluorowodorowy jest używany do wytrawiania szkła w lampach i innych produktach.
Wraz z niektórymi związkami fluor jest ważnym składnikiem w produkcji farmaceutyków, agrochemikaliów, paliw i smarówmateriały i tekstylia. Pierwiastek chemiczny jest potrzebny do produkcji chlorowcowanych alkanów (halonów), które z kolei znalazły szerokie zastosowanie w systemach klimatyzacyjnych i chłodniczych. Później takie stosowanie chlorofluorowęglowodorów zostało zakazane, ponieważ przyczyniają się one do niszczenia warstwy ozonowej w górnych warstwach atmosfery.
Heksafluorek siarki jest niezwykle obojętnym, nietoksycznym gazem sklasyfikowanym jako gaz cieplarniany. Bez fluoru produkcja tworzyw sztucznych o niskim współczynniku tarcia, takich jak teflon, nie jest możliwa. Wiele środków znieczulających (np. sewofluran, desfluran i izofluran) to pochodne CFC. Heksafluoroglinian sodu (kriolit) jest stosowany w elektrolizie aluminium.
Związki fluoru, w tym NaF, są używane w pastach do zębów, aby zapobiegać próchnicy. Substancje te są dodawane do miejskich wodociągów w celu zapewnienia fluoryzacji wody, jednak praktyka ta jest uważana za kontrowersyjną ze względu na wpływ na zdrowie człowieka. W wyższych stężeniach NaF jest używany jako środek owadobójczy, zwłaszcza do zwalczania karaluchów.
W przeszłości fluorki były używane do obniżania temperatury topnienia metali i rud oraz zwiększania ich płynności. Fluor jest ważnym składnikiem w produkcji sześciofluorku uranu, który służy do oddzielania jego izotopów. 18F, radioaktywny izotop o okresie półtrwania 110 minut, emituje pozytony i jest często używany w medycznej tomografii emisyjnej pozytonów.
Właściwości fizyczne fluoru
Podstawowe cechypierwiastek chemiczny w następujący sposób:
- Masa atomowa 18,9984032 g/mol.
- Konfiguracja elektroniczna 1s22s22p5.
- Stan utleniania -1.
- Gęstość 1,7 g/L.
- Temperatura topnienia 53,53 K.
- Temperatura wrzenia 85.03 K.
- Pojemność cieplna 31,34 J/(Kmol).
