Fluorul este un element chimic (simbol F, număr atomic 9), un nemetal care aparține grupului de halogeni. Este cea mai activă și electronegativă substanță. La temperatură și presiune normale, molecula de fluor este un gaz otrăvitor galben pal cu formula F2. Ca și alte halogenuri, fluorul molecular este foarte periculos și provoacă arsuri chimice severe la contactul cu pielea.
Folosiți
Fluorul și compușii săi sunt utilizați pe scară largă, inclusiv pentru producția de produse farmaceutice, agrochimice, combustibili și lubrifianți și textile. Acidul fluorhidric este folosit pentru a grava sticla, în timp ce plasma cu fluor este folosită pentru a produce semiconductori și alte materiale. Concentrațiile scăzute de ioni F în pasta de dinți și apa de băut pot ajuta la prevenirea cariilor dentare, în timp ce concentrații mai mari se găsesc în unele insecticide. Multe anestezice generale sunt derivați de hidrofluorocarburi. Izotopul 18F este o sursă de pozitroni pentru obținerea medicalătomografie cu emisie de pozitroni, iar hexafluorura de uraniu este folosită pentru a separa izotopii de uraniu și pentru a produce uraniu îmbogățit pentru centralele nucleare.
Istoricul descoperirilor
Mineralele care conțin compuși de fluor erau cunoscute cu mulți ani înainte de izolarea acestui element chimic. De exemplu, mineralul fluor (sau fluorit), constând din fluorură de calciu, a fost descris în 1530 de George Agricola. El a observat că ar putea fi folosit ca flux, o substanță care ajută la scăderea punctului de topire al unui metal sau minereu și ajută la purificarea metalului dorit. Prin urmare, fluorul și-a primit numele latin de la cuvântul fluere („a curge”).
În 1670, suflantul de sticlă Heinrich Schwanhard a descoperit că sticla era gravată prin acțiunea fluorurii de calciu (fluorspat) tratată cu acid. Carl Scheele și mulți cercetători de mai târziu, inclusiv Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, au experimentat cu acid fluorhidric (HF), care a fost ușor obținut prin tratarea CaF cu acid sulfuric concentrat.
În final, a devenit clar că HF conținea un element necunoscut anterior. Cu toate acestea, din cauza reactivității sale excesive, această substanță nu a putut fi izolată timp de mulți ani. Nu numai că este dificil de separat de compuși, dar reacționează imediat cu celel alte componente ale acestora. Izolarea fluorului elementar din acidul fluorhidric este extrem de periculoasă, iar încercările timpurii au orbit și ucis mai mulți oameni de știință. Acești oameni au devenit cunoscuți drept „martirifluor.”
Descoperire și producție
În sfârșit, în 1886, chimistul francez Henri Moissan a reușit să izoleze fluorul prin electroliza unui amestec de fluoruri de potasiu topite și acid fluorhidric. Pentru aceasta a fost distins cu Premiul Nobel pentru Chimie în 1906. Abordarea sa electrolitică continuă să fie folosită astăzi pentru producția industrială a acestui element chimic.
Prima producție pe scară largă de fluor a început în timpul celui de-al Doilea Război Mondial. A fost necesar pentru una dintre etapele creării unei bombe atomice ca parte a Proiectului Manhattan. Fluorul a fost folosit pentru a produce hexafluorură de uraniu (UF6), care, la rândul său, a fost folosit pentru a separa cei doi izotopi 235U șiunul de celăl alt 238U. Astăzi, UF6 gazos este necesar pentru a produce uraniu îmbogățit pentru energie nucleară.
Cele mai importante proprietăți ale fluorului
În tabelul periodic, elementul se află în vârful grupului 17 (fost grup 7A), care se numește halogen. Alți halogeni includ clor, brom, iod și astatin. În plus, F se află în a doua perioadă între oxigen și neon.
Florul pur este un gaz corosiv (formula chimică F2) cu un miros înțepător caracteristic care se găsește la o concentrație de 20 nl pe litru de volum. Fiind cel mai reactiv și electronegativ dintre toate elementele, formează cu ușurință compuși cu majoritatea acestora. Fluorul este prea reactiv pentru a exista sub formă elementară și are așa cevaafinitate cu majoritatea materialelor, inclusiv siliciul, că nu poate fi preparat sau depozitat în recipiente de sticlă. În aerul umed, reacţionează cu apa formând acidul fluorhidric la fel de periculos.
Fluorul, interacționând cu hidrogenul, explodează chiar și la temperaturi scăzute și în întuneric. Reacționează violent cu apa formând acid fluorhidric și oxigen gazos. Diverse materiale, inclusiv metale fin dispersate și sticle, ard cu o flacără strălucitoare într-un jet de fluor gazos. În plus, acest element chimic formează compuși cu gazele nobile krypton, xenon și radon. Cu toate acestea, nu reacționează direct cu azotul și oxigenul.
În ciuda activității extreme a fluorului, metodele de manipulare și transport în siguranță au devenit acum disponibile. Elementul poate fi depozitat în recipiente din oțel sau monel (aliaj bogat în nichel), deoarece pe suprafața acestor materiale se formează fluoruri, care împiedică reacțiile ulterioare.
Fluorurile sunt substanțe în care fluorul este prezent ca un ion încărcat negativ (F-) în combinație cu unele elemente încărcate pozitiv. Compușii de fluor cu metale sunt printre cele mai stabile săruri. Când sunt dizolvate în apă, ele sunt împărțite în ioni. Alte forme de fluor sunt complexe, de exemplu, [FeF4]- și H2F+.
izotopi
Există mulți izotopi ai acestui halogen, variind de la 14F la 31F. Dar compoziția izotopică a fluorului include doar unul dintre ele,19F, care conține 10 neutroni, deoarece este singurul care este stabil. Izotopul radioactiv 18F este o sursă valoroasă de pozitroni.
Impactul biologic
Fluorul din organism se găsește în principal în oase și dinți sub formă de ioni. Fluorizarea apei potabile la o concentrație mai mică de o parte pe milion reduce semnificativ incidența cariilor - conform Consiliului Național de Cercetare al Academiei Naționale de Științe din Statele Unite. Pe de altă parte, acumularea excesivă de fluor poate duce la fluoroză, care se manifestă în dinții pestriți. Acest efect se observă de obicei în zonele în care conținutul acestui element chimic din apa potabilă depășește o concentrație de 10 ppm.
Florul elementar și sărurile de fluorură sunt toxice și trebuie manipulate cu mare grijă. Contactul cu pielea sau cu ochii trebuie evitat cu grijă. Reacția cu pielea produce acid fluorhidric, care pătrunde rapid în țesuturi și reacționează cu calciul din oase, dăunându-le definitiv.
Floror de mediu
Producția mondială anuală de fluorit mineral este de aproximativ 4 milioane de tone, iar capacitatea totală a zăcămintelor explorate este de 120 de milioane de tone. Principalele zone miniere pentru acest mineral sunt Mexic, China și Europa de Vest.
Fluorul se găsește în mod natural în scoarța terestră, unde poate fi găsit în roci, cărbune și argilă. Fluorurile sunt eliberate în aer prin eroziunea eoliană a solurilor. Fluorul este al 13-lea element chimic cel mai abundent din scoarța terestră - conținutul săueste egal cu 950 ppm. În sol, concentrația sa medie este de aproximativ 330 ppm. Fluorura de hidrogen poate fi eliberată în aer ca urmare a proceselor industriale de ardere. Fluorurile care se află în aer ajung să cadă pe pământ sau în apă. Când fluorul se leagă de particule foarte mici, acesta poate rămâne în aer pentru perioade lungi de timp.
În atmosferă, 0,6 miliarde din acest element chimic este prezent sub formă de ceață de sare și compuși organici ai clorului. În zonele urbane, concentrația ajunge la 50 de părți per miliard.
Conexiuni
Fluorul este un element chimic care formează o gamă largă de compuși organici și anorganici. Chimiștii pot înlocui atomii de hidrogen cu acesta, creând astfel multe substanțe noi. Halogenul foarte reactiv formează compuși cu gaze nobile. În 1962, Neil Bartlett a sintetizat hexafluoroplatinat de xenon (XePtF6). De asemenea, au fost obținute fluoruri de cripton și radon. Un alt compus este fluorhidrura de argon, care este stabilă numai la temperaturi extrem de scăzute.
Aplicații industriale
În starea sa atomică și moleculară, fluorul este utilizat pentru gravarea cu plasmă în producția de semiconductori, afișaje cu ecran plat și sisteme microelectromecanice. Acidul fluorhidric este folosit pentru a grava sticla din lămpi și alte produse.
Alături de unii dintre compușii săi, fluorul este o componentă importantă în producția de produse farmaceutice, agrochimice, combustibili și lubrifianțimateriale si textile. Elementul chimic este necesar pentru a produce alcani halogenați (haloni), care, la rândul lor, au fost utilizați pe scară largă în sistemele de aer condiționat și refrigerare. Mai târziu, o astfel de utilizare a clorofluorocarburilor a fost interzisă deoarece acestea contribuie la distrugerea stratului de ozon din atmosfera superioară.
Hexafluorura de sulf este un gaz extrem de inert, netoxic, care este clasificat drept gaz cu efect de seră. Fără fluor, producția de materiale plastice cu frecare redusă, cum ar fi teflonul, nu este posibilă. Multe anestezice (de exemplu, sevofluran, desfluran și izofluran) sunt derivați de CFC. Hexafluoraluminatul de sodiu (criolitul) este utilizat în electroliza aluminiului.
Compușii cu fluor, inclusiv NaF, sunt utilizați în pastele de dinți pentru a preveni cariile dentare. Aceste substanțe sunt adăugate la rezervele municipale de apă pentru a asigura fluorurarea apei, totuși practica este considerată controversată din cauza impactului asupra sănătății umane. La concentrații mai mari, NaF este folosit ca insecticid, în special pentru combaterea gândacilor.
În trecut, fluorurile erau folosite pentru a scădea punctul de topire al metalelor și minereurilor și a crește fluiditatea acestora. Fluorul este o componentă importantă în producția de hexafluorură de uraniu, care este folosită pentru separarea izotopilor săi. 18F, un izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de 110 minute, emite pozitroni și este adesea folosit în tomografia medicală cu emisie de pozitroni.
Proprietățile fizice ale fluorului
Caracteristici de bazăelement chimic, după cum urmează:
- Masa atomică 18,9984032 g/mol.
- Configurație electronică 1s22s22p5.
- Starea de oxidare -1.
- Densitate 1,7 g/L.
- Punctul de topire 53,53 K.
- Punctul de fierbere 85,03 K.
- Capacitate termică 31,34 J/(K mol).
