Период фтора. Химический элемент Фтор — занимательные факты

Самый реактивный элемент в Периодической таблице — Фтор. Несмотря на взрывоопасные свойства фтора, он является жизненно важным элементом для людей и животных, встречается и в питьевой воде, и в зубной пасте.

Просто факты

• Атомное число (число протонов в ядре) 9
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов) F
• Атомный вес (средняя масса атома) 18,998
• Плотность 0,001696 г / см3
• При комнатной температуре — газ
• Точка плавления минус 363,32 градуса по Фаренгейту (- 219,62°C)
• Точка кипения минус 306,62 градуса F (- 188,12°C)
• Число изотопов (атомов одного и того же элемента с различным числом нейтронов) 18
• Наиболее распространенные изотопы F-19 (100-% естественное изобилие)

Флюоритовый кристалл

Химики в течение многих лет пытались освободить элемент фтора от различных фторидов. Однако фтор не имеет свободной природы: ни одно химическое вещество не способно высвободить фтор от его соединений, из-за его реакционной природы.

Столетиями использовался минеральный плавиковый шпат для переработки металлов. Фторид кальция (CaF 2) применялся для отделения чистого металла от нежелательных минералов в руде. «Флюер» (от латинского слова «fluere») означает «течь»: текучеесвойство плавиковых шпатов позволяло делать металлы. Минерал также назывался чешским изумрудом, потому что использовался при травлении стекла.

В течение многих лет фторсодержащие соли или фториды использовались для сварки и для глазурного стекла. Например, фтористоводородная кислота использовалась для травления стекла лампочек.

Экспериментируя с плавиковым шпатом, учёные десятилетиями изучали его свойства и состав. Химики часто продуцировали фтористую кислоту (плавиковую кислоту, HF), невероятно реакционную и опасную кислоту. Даже небольшие брызги этой кислоты на коже могли оказаться фатальными. Многие учёных были ранены, ослеплены, отравлены или погибли во время экспериментов.

• В начале 19 века, Андре-Мари Ампер из Франции и Хамфри Дэви из Англии в 1813 году объявили об открытии нового элемента и назвали его фтором, по предложению Ампера.
• Генри Моисан, французский химик, наконец, выделил фтор в 1886 году методом электролиза сухого фтористого калия (KHF 2) и сухой фтористоводородной кислоты, за что был удостоен Нобелевской премии в 1906 году.

Отныне фтор является жизненно важным элементом в атомной энергетике. Он используется для производства гексафторида урана, который необходим для разделения изотопов урана. Гексафторид серы — газ, используемый для изоляции мощных трансформаторов.

Хлорфторуглероды (ХФУ) когда-то использовались в аэрозолях, холодильниках, кондиционерах, упаковках для пенных продуктов и огнетушителях. Эти виды использования были запрещены с 1996 года, поскольку они способствуют истощению озонового слоя. До 2009 года ХФУ использовались в ингаляторах для борьбы с астмой, но эти типы ингаляторов также были запрещены в 2013 году.

Фтор используется во многих фторсодержащих веществах, включая растворители и высокотемпературные пластмассы, такие как тефлон (поли -тетрафторэтен, ПТФЭ). Тефлон хорошо известен своими антипригарными свойствами и используется в сковородах. Ещё фтор используется для изоляции кабелей, для ленты водопроводчика и в качестве основы водонепроницаемых ботинок и одежды.

По данным лаборатории Джефферсона, фтор добавляется к городскому водоснабжению в пропорции одна часть на миллион, для предотвращения разрушения зубов. В зубную пасту добавляется несколько фторидных соединений — также для предотвращения разрушения зубов.

Хотя все люди и животные подвергаются воздействию фтора и нуждаются в нём, элемент фтор в достаточно большой дозе чрезвычайно токсичен и опасен. Фтор может естественным образом попадать в воду, воздух и на растительность, а также животную основу в небольших количествах. Большие количества фтора встречаются в некоторых пищевых продуктах, таких как чай и моллюски.

Хотя фтор необходим для поддержания прочности наших костей и зубов, его слишком большое количество может иметь обратный эффект, вызывающий остеопороз и распад зубов, а также он может навредить почкам, нервам и мышцам.

В своей газообразной форме фтор невероятно опасен. Небольшое количество фторсодержащего газа вызывает раздражение глаз и носа, а большие количества могут быть фатальными. Фтористоводородная кислота также является фатальной, даже при небольшом попадании на кожу.

Фтор, 13-й по распространению элемент земной коры; он обычно оседает в почве и легко сочетается с песком, галькой, углём и глиной. Растения могут поглощать фтор из почвы, хотя его высокие концентрации приводят к гибели растений. Например, кукуруза и абрикос относятся к растениям, которые наиболее подвержены повреждению при воздействии повышенных концентраций фтора.

Кто знал? Занимательные факты про фтор

• Фторид натрия — это крысиный яд.
• Фтор является наиболее химически реактивным элементом на нашей планете; он может взорваться при контакте с любыми элементами, за исключением кислорода, гелия, неона и криптона.
• Фтор также является наиболее электроотрицательным элементом; он привлекает электроны легче, чем любой другой элемент.
• В среднем количество фтора в организме человека составляет три миллиграмма.
• Фтор в основном добывается в Китае, Монголии, России, Мексике и Южной Африке.
• Фтор образуется в солнечных звёздах в конце их жизни («Астрофизический журнал в письмах» 2014 год). Элемент образуется при самых высоких давлениях и температурах внутри звезды, когда она расширяется, чтобы стать красным гигантом. Когда внешние слои звезды отбрасываются, создавая планетарную туманность, фтор перемещается вместе с другими газами в межзвёздную среду, в конечном итоге формируются новые звёзды и планеты.
• Около 25% лекарств и медикаментов, в том числе для рака, центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы, содержат некую форму фтора.

Согласно исследованию (отчёт в журнале «Journal of Fluorine Chemistry») в активных компонентах лекарственных средств, замены углерод-водородных или углерод-кислородных связей на углерод-фторсодержащие, обычно показывают улучшение эффективности лекарственных средств, включая повышение метаболической стабильности, увеличение связывания с молекулами-мишенями и улучшение проницаемости в мембраны.

Согласно этому исследованию, новое поколение противораковых лекарств, а также фтор-зонды для доставки лекарств было протестировано против стволовых клеток рака и продемонстрировали перспективность в борьбе с раковыми клетками. Исследователи обнаружили, что препараты, которые включали фтор, были в несколько раз более активными и демонстрировали лучшую стабильность, чем традиционные противораковые лекарственные средства.

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-жёлтого цвета с резким запахом.

Природный Ф. состоит из одного стабильного изотопа 19 f. Искусственно получены пять радиоактивных изотопов: 16 f с периодом полураспада Т 1 /2 < 1 сек , 17 f (t 1/2 = 70 сек ), 18 f (t 1/2 = 111 мин ), 20 f (t 1/2 = 11,4 сек ), 21 f (t 1 /2 = 5 сек ).

Историческая справка. Первое соединение Ф. - флюорит (плавиковый шпат) caf 2 - описано в конце 15 в. под название «флюор» (от лат. fluo - теку, по свойству cafa 2 делать жидкотекучими вязкие шлаки металлургических производств). В 1771 К. Шееле получил плавиковую кислоту. Свободный Ф. выделил А. Муассан в 1886 электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия khf 3 .

Химия Ф. начала развиваться с 1930-х гг., особенно быстро - в годы 2-й мировой войны 1939 - 45 и после неё в связи с потребностями атомной промышленности и ракетной техники. Название «Ф.» (от греч. phth o ros - разрушение, гибель), предложенное А. Ампером в 1810, употребляется только в рус. языке; во многих странах принято название «флюор».

Распространение в природе. Среднее содержание Ф. 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 %. Ф. присутствует в вулканических газах и термальных водах. Важнейшие соединения Ф. - флюорит , криолит и топаз (см. Фториды природные ). Всего известно 86 фторсодержащих минералов. Соединения Ф. находятся также в апатитах , фосфоритах и др. Ф. - важный биогенный элемент . В истории Земли источником поступления Ф. в биосферу были продукты извержения вулканов (газы и др.).

Физические и химические свойства . Газообразный Ф. 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 kип - 188,13°С. Молекула Ф. состоит из двух атомов (f 2); при 1000°С 50% молекул диссоциирует, энергия диссоциации около 155 ± 4 кдж/моль (37 ± 1 ккал/моль ). Ф. плохо растворим в жидком фтористом водороде; растворимость 2,5 · 10 -3 г в 100 г hf при -70°С и 0,4 · 10 -3 при -20°С; в жидком виде неограниченно растворим в жидком кислороде и озоне. Конфигурация внешних электронов атома Ф. 2 s 2 2 p 2 . В соединениях проявляет степень окисления - 1. Ковалентный радиус атома 0,72 a , ионный радиус 1,33 a . Сродство к электрону 3,62 эв , энергия ионизации (f ® f +) 17,418 эв . Высокими значениями сродства к электрону и энергии ионизации объясняется сильная электроотрицательность атома Ф., наибольшая среди всех др. элементов. Высокая реакционная способность Ф. обусловливает экзотермичность фторирования, которая, в свою очередь, определяется аномально малой величиной энергии диссоциации молекулы Ф. и большими величинами энергии связей атома Ф. с др. атомами. Прямое фторирование имеет цепной механизм и легко может перейти в горение и взрыв. Ф. реагирует со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. С кислородом взаимодействует в тлеющем разряде, образуя при низких температурах фториды кислорода o 2 f 2 , o 3 f 2 и др. Реакции Ф. с др. галогенами экзотермичны, в результате образуются межгалогенные соединения . Хлор взаимодействует с Ф. при нагревании до 200-250°С, давая монофтористый хлор cif и трёхфтористый хлор clf 3 . Известен также cif 5 , получаемый фторированием clf 3 при высокой температуре и давлении 25 Мн/м 2 (250 кгс/см 2 ). Бром и йод воспламеняются в атмосфере Ф. при обычной температуре, при этом могут быть получены brf 3 , brf 5 , if 5 , if 7 . Ф. непосредственно реагирует с криптоном, ксеноном и радоном, образуя соответствующие фториды (например, xef 4 , xef 6 , krf 2). Известны также оксифториды ксенона.

Взаимодействие Ф. с серой сопровождается выделением тепла и приводит к образованию многочисленных серы фторидов . Селен и теллур образуют высшие фториды sef 6 tef 6 . Ф. с водородом реагируют с воспламенением; при этом образуется фтористый водород . Это радикальная реакция с разветвлением цепей: hf* + h 2 = hf + h 2 *; h 2 * + f 2 = hf + Н + f (где hf* и h 2 * - молекулы в колебательно-возбуждённом состоянии); реакция используется в химических лазерах. Ф. с азотом реагирует лишь в электрическом разряде. Древесный уголь при взаимодействии с Ф. воспламеняется при обычной температуре; графит реагирует с ним при сильном нагревании, при этом возможно образование твёрдого фтористого графита (cf) x или газообразных перфторуглеродов cf 4 , c 2 f 6 и др. С бором, кремнием, фосфором, мышьяком Ф. взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды. Ф. энергично соединяется с большинством металлов; щелочные и щёлочноземельные металлы воспламеняются в атмосфере Ф. на холоду, bi, sn, ti, mo, w - при незначительном нагревании, hg, pb, u, v реагируют с Ф. при комнатной температуре, pt - при температуре темно-красного каления. При взаимодействии металлов с Ф. образуются, как правило, высшие фториды, например uf 6 , mof 6 , hgf 2 . Некоторые металлы (fe, cu, al, ni, mg, zn) реагируют с Ф. с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции.

При взаимодействии Ф. с окислами металлов на холоду образуются фториды металлов и кислород; возможно также образование оксифторидов металлов (например, moo 2 f 2). Окислы неметаллов либо присоединяют Ф., например so 2 + f 2 = so 2 f 2 , либо кислород в них замещается на Ф., например sio 2 + 2f 2 = sif 4 + o 2 . Стекло очень медленно реагирует с Ф.; в присутствии воды реакция идёт быстро. Вода взаимодействует с Ф.: 2h 2 o + 2f 2 = 4hf + o 2 ; при этом образуется также of 2 и перекись водорода h 2 o 2 . Окислы азота no и no 2 легко присоединяют Ф. с образованием соответственно фтористого нитрозила fno и фтористого нитрила fno 2 . Окись углерода присоединяет Ф. при нагревании с образованием фтористого карбонила: co + f 2 = cof 2 .

Гидроокиси металлов реагируют с Ф., образуя фторид металла и кислород, например 2ba(oh) 2 + 2f 2 = 2baf 2 + 2h 2 o + o 2 . Водные растворы naoh и koh реагируют с Ф. при 0°С с образованием of 2 .

Галогениды металлов или неметаллов взаимодействуют с Ф. на холоду, причём Ф. замещает все галогены, Легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с Ф. на холоду фторид металла и hf; аммиак (в парах) - n 2 и hf. Ф. замещает водород в кислотах или металлы в их солях, например hno 3 (или nano 3) + f 2 ® fno 3 + hf (или naf); в более жёстких условиях Ф. вытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид, например na 2 so 4 + 2f 2 = 2naf + so 2 f 2 + o 2 . Карбонаты щелочных и щёлочноземельных металлов реагируют с Ф. при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, co 2 и o 2 .

Ф. энергично реагирует с органическими веществами.

Получение. Источником для производства Ф. 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 Ф. 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 электролизёра обычно служит сталь; электроды - угольный анод и стальной катод. Электролиз ведётся при 95-100°С и напряжении 9-11 в ; выход Ф. по току достигает 90-95%. Получающийся Ф. содержит до 5% hf, который удаляется вымораживанием с последующим поглощением фторидом натрия. Ф. хранят в газообразном состоянии (под давлением) и в жидком виде (при охлаждении жидким азотом) в аппаратах из никеля и сплавов на его основе (монель-металл ), из меди, алюминия и его сплавов, латуни, нержавеющей стали.

Применение. Газообразный Ф. служит для фторирования uf 4 , в uf 6 , применяемого для изотопов разделения урана, а также для получения трёхфтористого хлора clf 3 (фторирующий агент), шестифтористой серы sf 6 (газообразный изолятор в электротехнической промышленности), фторидов металлов (например, w и v). Жидкий Ф. - окислитель ракетных топлив.

Широкое применение получили многочисленные соединения Ф. - фтористый водород , алюминия фторид , кремнефториды , фторсульфоновая кислота (растворитель, катализатор, реагент для получения органических соединений, содержащих группу - so 2 f), bf 3 (катализатор), фторорганические соединения и др.

Техника безопасности . Ф. 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 .

А. В. Панкратов.

Фтор в организме. Ф. 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 Ф. в зубах. Кости морских животных богаче Ф. по сравнению с костями наземных. Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание Ф. в которой 1-1,5 мг/л . При недостатке Ф. у человека развивается кариес зубов , при повышенном поступлении - флюороз . Высокие концентрации ионов Ф. опасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом отношении элементов (Р, ca, mg и др.), нарушающему их баланс в организме. Органические производные Ф. обнаружены только в некоторых растениях (например, в южноафриканском dichapetalum cymosum). Основные из них - производные фторуксусной кислоты, токсичные как для др. растений, так и для животных. Биологическая роль Ф. изучена недостаточно. Установлена связь обмена Ф. с образованием костной ткани скелета и особенно зубов. Необходимость Ф. для растений не доказана.

В. Р. Полищук.

Отравления Ф. возможны у работающих в химической промышленности, при синтезе фторсодержащих соединений и производстве фосфорных удобрений. Ф. раздражает дыхательные пути, вызывает ожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочек гортани и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения; в тяжёлых случаях - отёк лёгких, поражение центрльной нервной системы и др.; 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. Препараты, содержащие Ф., применяют в медицинской практике в качестве противоопухолевых (5-фторурацил, фторафур, фторбензотэф), нейролептических (трифлуперидол, или триседил, фторфеназин, трифтазин и др.), антидепрессивных (фторацизин), наркотических (фторотан) и др. средств.

Лит.: Рысс И. Г., Химия фтора и его неорганических соединений, М., 1956; Фтор и его соединения, пер. с англ., т. 1-2, М., 1953-56; Профессиональные болезни, 3 изд., М., 1973.

Скачать реферат

Фтор

ФТОР -а; м. [от греч. phthoros - гибель, разрушение] Химический элемент (F), светло-жёлтый газ с едким запахом. Добавлять в питьевую воду ф.

(лат. Fluorum), химический элемент VII группы периодической системы, относится к галогенам. Свободный фтор состоит из двухатомных молекул (F 2); бледно-жёлтый газ с резким запахом, t пл –219,699°C, t кип –188,200°C, плотность 1,7 г/л. Самый активный неметалл: реагирует со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. Взаимодействие фтора со многими веществами легко переходит в горение и взрыв. Фтор разрушает многие материалы (отсюда название: греч. phthóros - разрушение). Главные минералы - флюорит, криолит, фторапатит. Применяют фтор для получения фторорганических соединений и фторидов; фтор входит в состав тканей живых организмов (кости, зубная эмаль).

ФТОР (лат. Fluorum), F (читается «фтор»), химический элемент с атомным номером 9, атомная масса 18,998403. Природный фтор состоит из одного стабильного нуклида (см. НУКЛИД) 19 F. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s 2 p 5 . В соединениях проявляет только степень окисления –1 (валентность I). Фтор расположен во втором периоде в группе VIIА периодической системы элементов Менделеева, относится к галогенам (см. ГАЛОГЕНЫ) .
Радиус нейтрального атома фтора 0,064 нм, радиус иона F – 0,115 (2), 0,116 (3), 0,117 (4) и 0,119 (6) нм (в скобках указано значение координационного числа). Энергии последовательной ионизации нейтрального атома фтора равны, соответственно, 17,422, 34,987, 62,66, 87,2 и 114,2 эВ. Сродство к электрону 3,448 эВ (самое большое среди атомов всех элементов). По шкале Полинга электроотрицательность фтора 4 (самое высокое значение среди всех элементов). Фтор - самый активный неметалл.
В свободном виде фтор - бесцветный газ с резким удушливым запахом.
История открытия
История открытия фтора связана с минералом флюоритом (см. ФЛЮОРИТ) , или плавиковым шпатом. Состав этого минерала, как сейчас известно, отвечает формуле CaF 2 , и он представляет собой первое содержащее фтор вещество, которое начал использовать человек. В давние времена было отмечено, что если флюорит добавить при выплавке металла к руде, то температура плавления руды и шлаков понижается, что значительно облегчает проведение процесса (отсюда название минерала - от лат. fluo - теку).
В 1771 году обработкой флюорита серной кислотой шведский химик К.Шееле (см. ШЕЕЛЕ Карл Вильгельм) приготовил кислоту, которую он назвал «плавиковой». Французский ученый А. Лавуазье (см. ЛАВУАЗЬЕ Антуан Лоран) предположил, что в состав этой кислоты входит новый химический элемент, который он предложил назвать «флуорем» (Лавуазье считал, что плавиковая кислота - это соединение флуория с кислородом, ведь, по мнению Лавуазье, все кислоты должны содержать кислород). Однако выделить новый элемент он не смог.
За новым элементом укрепилось название «флюор», которое отражено и в его латинском названии. Но длительные попытки выделить этот элемент в свободном виде успеха не имели. Многие ученые, пытавшиеся получить его в свободном виде, погибли при проведении таких опытов или стали инвалидами. Это и английские химики братья Т. и Г. Ноксы, и французы Ж.-Л. Гей-Люссак (см. ГЕЙ-ЛЮССАК Жозеф Луи) и Л. Ж. Тенар (см. ТЕНАР Луи Жак) , и многие другие. Сам Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) , первым получивший в свободном виде натрий, калий, кальций и другие элементы, в результате экспериментов по получению фтора электролизом отравился и тяжело заболел. Вероятно, под впечатлением всех этих неудач в 1816 году для нового элемента было предложено хотя и сходное по звучанию, но совершенно другое по смыслу название - фтор (от греч. phtoros - разрушение, гибель). Это название элемента принято только в русском языке, французы и немцы продолжают называть фтор “fluor”, англичане - “fluorine”.
Получить фтор в свободном виде не смог и такой выдающийся ученый, как М. Фарадей (см. ФАРАДЕЙ Майкл) . Только в 1886 году французский химик А. Муассан (см. МУАССАН Анри) , используя электролиз жидкого фтороводорода HF, охлажденного до температуры –23°C (в жидкости должно содержаться немного фторида калия KF, который обеспечивает ее электропроводимость), смог на аноде получить первую порцию нового, чрезвычайно реакционноспособного газа. В первых опытах для получения фтора Муассан использовал очень дорогой электролизер, изготовленный из платины и иридия. При этом каждый грамм полученного фтора «съедал» до 6 г платины. Позднее Муассан стал использовать значительно более дешевый медный электролизер. Фтор реагирует с медью, но при реакции образуется тончайшая пленка фторида, которая препятствует дальнейшему разрушению металла.
Нахождение в природе
Содержание фтора в земной коре довольно велико и составляет 0,095% по массе (значительно больше, чем ближайшего аналога фтора по группе - хлора (см. ХЛОР) ). Из-за высокой химической активности фтор в свободном виде, разумеется, не встречается. Важнейшие минералы фтора - это флюорит (плавиковый шпат), а также фторапатит 3Са 3 (РО 4) 2 ·СaF 2 и криолит (см. КРИОЛИТ) Na 3 AlF 6 . Фтор как примесь входит в состав многих минералов, содержится в подземных водах; в морской воде 1,3·10 -4 % фтора.
Получение
На первой стадии получения фтора выделяют фтороводород HF. Приготовление фтороводорода и фтористоводородной (см. ФТОРИСТОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА) (плавиковой) кислоты происходит, как правило, попутно с переработкой фторапатита на фосфорные удобрения. Образующийся при сернокислотной обработке фторапатита газообразный фтороводород далее собирают, сжижают и используют для проведения электролиза. Электролизу можно подвергать как жидкую смесь HF и KF (процесс осуществляется при температуре 15-20°C), так и расплав KH 2 F 3 (при температуре 70-120°C) или расплав КНF 2 (при температуре 245-310°C).
В лаборатории для приготовления небольших количеств свободного фтора можно использовать или нагревание MnF 4 , при котором происходит отщепление фтора, или нагревание смеси K 2 MnF 6 и SbF 5:
2K 2 MnF 6 + 4SbF 5 = 4KSbF 6 + 2MnF 3 + F 2 .
Физические и химические свойства
При обычных условиях фтор - газ (плотность 1,693 кг/м 3) с резким запахом. Температура кипения –188,14°C, температура плавления –219,62°C. В твердом состоянии образует две модификации: a-форму, существующую от температуры плавления до –227,60°C, и b-форму, устойчивую при температурах, более низких, чем –227,60°C.
Как и другие галогены, фтор существует в виде двухатомных молекул F 2 . Межъядерное расстояние в молекуле 0,14165 нм. Молекулу F 2 характеризует аномально низкая энергия диссоциации на атомы (158 кДж/моль), что, в частности, обусловливает высокую реакционную способность фтора.
Химическая активность фтора чрезвычайно велика. Из всех элементов со фтором не образуют фторидов только три легких инертных газа - гелий, неон и аргон. Во всех соединениях фтор проявляет только одну степень окисления –1.
Со многими простыми и сложными веществами фтор реагирует напрямую. Так, при контакте с водой фтор реагирует с ней (часто говорят, что «вода горит во фторе»):
2F 2 + 2H 2 O = 4HF + O 2 .
Фтор реагирует со взрывом при простом контакте с водородом:
H 2 + F 2 = 2HF.
При этом образуется газ фтороводород HF, неограниченно растворимый в воде с образованием сравнительно слабой плавиковой кислоты.
Фтор вступает во взаимодействие с большинством неметаллов. Так, при реакции фтора с графитом образуются соединения общей формулы CF x , при реакции фтора с кремнием - фторид SiF 4 , с бором - трифторид BF 3 . При взаимодействии фтора с серой образуются соединения SF 6 и SF 4 и т. д. (см. Фториды (см. ФТОРИДЫ) ).
Известно большое число соединений фтора с другими галогенами, например, BrF 3 , IF 7 , ClF, ClF 3 и другие, причем бром и иод воспламеняются в атмосфере фтора при обычной температуре, а хлор взаимодействует с фтором при нагревании до 200-250°С.
Не реагируют со фтором непосредственно, кроме указанных инертных газов, также азот, кислород, алмаз, углекислый и угарный газы.
Косвенным путем получен трифторид азота NF 3 и фториды кислорода О 2 F 2 и OF 2 , в которых кислород имеет необычные степени окисления +1 и +2.
При взаимодействии фтора с углеводородами происходит их деструкция, сопровождающаяся получением фторуглеводородов различного состава.
При небольшом нагревании (100-250°C) фтор реагирует с серебром, ванадием, рением и осмием. С золотом, титаном, ниобием, хромом и некоторыми другими металлами реакция с участием фтора начинает протекать при температуре выше 300-350°C. С теми металлами, фториды которых нелетучи (алюминий, железо, медь и др.), фтор с заметной скоростью реагирует при температуре выше 400-500°C.
Некоторые высшие фториды металлов, например, гексафторид урана UF 6 , получают действуя фтором или таким фторирующим агентом, как BrF 3 , на низшие галогениды, например:
UF 4 + F 2 = UF 6
Следует отметить, что уже упоминавшейся плавиковой кислоте HF соответствуют не только средние фториды типа NaF или СаF 2 , но и кислые фториды - гидрофториды типа NaHF 2 и КНF 2 .
Синтезировано также большое число различных фторорганических соединений (см. ФТОРОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ) , в том числе и знаменитый тефлон (см. ТЕФЛОН) - материал, представляющий собой полимер тетрафторэтилена (см. ТЕТРАФТОРЭТИЛЕН) .
Применение
Фтор широко применяют как фторирующий агент при получении различных фторидов (SF 6 , BF 3 , WF 6 и других), в том числе и соединений инертных газов (см. БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ) ксенона и криптона (см. Фторирование (см. ФТОРИРОВАНИЕ) ). Гексафторид урана UF 6 применяется для разделения изотопов урана. Фтор используют в производстве тефлона, других фторопластов (см. ФТОРОПЛАСТЫ) , фторкаучуков (см. ФТОРКАУЧУКИ) , фторсодержащих органических веществ и материалов, которые широко применяют в технике, особенно в тех случаях, когда требуется устойчивость к агрессивным средам, высокой температуре и т. п.
Биологическая роль
В качестве микроэлемента (см. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ) фтор входит в состав всех организмов. У животных и человека фтор присутствует в костной ткани (у человека - 0,2-1,2%) и, особенно, в дентине и эмали зубов. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 2,6 г фтора; суточная потребность составляет 2-3 мг и удовлетворяется, главным образом, с питьевой водой. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. Поэтому соединения фтора добавляют в зубные пасты, иногда вводят в состав питьевой воды. Избыток фтора в воде, однако, тоже вреден для здоровья. Он приводит к флюорозу (см. ФЛЮОРОЗ) - изменению структуры эмали и костной ткани, деформации костей. ПДК для содержания в воде фторид-ионов составляет 0,7 мг/л. ПДК газообразного фтора в воздухе 0,03 мг/м 3 . Роль фтора в растениях неясна.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "фтор" в других словарях:

фтор - фтор, а … Русский орфографический словарь

фтор - фтор/ … Морфемно-орфографический словарь

- (лат. Fluorum) F, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 9, атомная масса 18,998403, относится к галогенам. Бледно желтый газ с резким запахом, tпл?219,699 .С, tкип?188,200 .С, плотность 1,70 г/см³.… … Большой Энциклопедический словарь

F (от греч. phthoros гибель, разрушение, лат. Fluorum * a. fluorine; н. Fluor; ф. fluor; и. fluor), хим. элемент VII группы периодич. системы Mенделеева, относится к галогенам, ат. н. 9, ат. м. 18,998403. B природе 1 стабильный изотоп 19F … Геологическая энциклопедия

- (Fluorum), F, химический элемент VII группы периодической системы, атомный номер 9, атомная масса 18,9984; относится к галогенам; газ, tкип 188,2шC. Фтор используют в производстве урана, хладонов, медицинских препаратов и других, а также в… … Современная энциклопедия

(по устаревшей классификации - элемент главной подгруппы VII группы), второго периода, с атомным номером 9. Обозначается символом F (лат. Fluorum). Фтор - чрезвычайно химически активный неметалл и самый сильный окислитель, является самым лёгким элементом из группы галогенов. Простое вещество фтор (CAS-номер: 7782-41-4) при нормальных условиях - двухатомный газ (формула F 2) бледно-жёлтого цвета с резким запахом, напоминающим озон или хлор. Очень ядовит.

История

Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF 2 - описано в конце XV века под названием «флюор». В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту.
Как один из атомов плавиковой кислоты, элемент фтор был предсказан в 1810 году, а выделен в свободном виде лишь 76 лет спустя Анри Муассаном в 1886 году электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF 2 .

Происхождение названия

Название «фтор» (от др.-греч. φθόρος - разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского «fluorum» (которое происходит, в свою очередь, от fluere - «течь», по свойству соединения фтора, флюорита (CaF 2), понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава).

Получение

Промышленный способ получения фтора включает добычу и обогащение флюоритовых руд, сернокислотное разложение их концентрата с образованием безводного HF и его электролитическое разложение.
Для лабораторного получения фтора используют разложение некоторых соединений, но все они не встречаются в природе в достаточном количестве и их получают с помощью свободного фтора.

Физические свойства

Бледно-жёлтый газ, в малых концентрациях запах напоминает одновременно озон и хлор, очень агрессивен и ядовит.
Фтор имеет аномально низкую температуру кипения (плавления). Это связано с тем, что фтор не имеет d-подуровня и не способен образовывать полуторные связи, в отличие от остальных галогенов (кратность связи в остальных галогенах примерно 1,1).

Химические свойства

Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами кроме, разумеется, фторидов в высших степенях окисления и редких исключений - фторопластов, и с большинством из них - с горением и взрывом. К фтору при комнатной температуре устойчивы некоторые металлы за счет образования плотной плёнки фторида, тормозящей реакцию со фтором - Al, Mg, Cu, Ni. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до −252°C). В атмосфере фтора горят даже вода и платина:
2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2

К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например:
2CoF 3 → 2CoF 2 + F 2
MnF 4 → MnF 3 + 1/2 F 2

Фтор также способен окислять в электрическом разряде кислород, образуя фторид кислорода OF 2 и диоксидифторид O 2 F 2 .
Во всех соединениях фтор проявляет степень окисления −1. Чтобы фтор проявлял положительную степень окисления, требуется создание эксимерных молекул или иные экстремальные условия. Это требует искусственной ионизации атомов фтора.

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.