После фтора в таблице. Смотреть что такое "фтор" в других словарях. Химические свойства и применение фтора

Фтор - химический элемент (символ F, атомный номер 9), неметалл, который относится к группе галогенов. Это самое активное и электроотрицательное вещество. При нормальной температуре и давлении молекула фтора является бледно-желтого цвета с формулой F 2 . Как и другие галоиды, молекулярный фтор очень опасен и при контакте с кожей вызывает тяжелые химические ожоги.

Использование

Фтор и его соединения широко применяются, в т. ч. и для получения фармацевтических препаратов, агрохимикатов, горюче-смазочных материалов и текстиля. используется для травления стекла, а плазма из фтора - для производства полупроводниковых и других материалов. Низкие концентрации ионов F в зубной пасте и питьевой воде могут помочь предотвратить кариес зубов, в то время как более высокие концентрации входят в состав некоторых инсектицидов. Многие общие анестетики представляют собой производные фторуглеводородов. Изотоп 18 F является источником позитронов для получения медицинских изображений методом позитронно-эмиссионной томографии, а гексафторид урана используется для разделения изотопов урана и получения для атомных электростанций.

История открытия

Минералы, содержащие соединения фтора, были известны за много лет до выделения этого химического элемента. Например, минерал плавиковый шпат (или флюорит), состоящий из фторида кальция, был описан в 1530 г. Георгием Агриколой. Он заметил, что его можно использовать в качестве флюса — вещества, которое помогает снизить температуру плавления металла или руды и помогает очистить нужный металл. Поэтому фтор название свое латинское название получил от слова fluere («течь»).

В 1670 году стеклодув Генрих Шванхард обнаружил, что стекло травится под действием фтористого кальция (плавикового шпата), обработанного кислотой. Карл Шееле и многие более поздние исследователи, в том числе Гемфри Дэви, Жозеф-Луи Гей-Люссак, Антуан Лавуазье, Луи Тенар, экспериментировали с плавиковой кислотой (HF), которую было несложно получить путем обработки CaF концентрированной серной кислотой.

В конце концов, стало понятно, что HF содержит ранее неизвестный элемент. Это вещество, однако, из-за его чрезмерной реактивности в течение многих лет выделить не удавалось. Его не только трудно отделить от соединений, но оно тут же вступает в реакцию с другими их компонентами. Выделение элементарного фтора из плавиковой кислоты чрезвычайно опасно, и ранние попытки ослепили и убили нескольких ученых. Эти люди стали известны как «мученики фтора».

Открытие и производство

Наконец, в 1886 году французскому химику Анри Муассану удалось выделить фтор путем электролиза смеси расплавленных фторидов калия и плавиковой кислоты. За это он был удостоен Нобелевской премии 1906 года в области химии. Его электролитический подход продолжает использоваться сегодня для промышленного получения данного химического элемента.

Первое масштабное производство фтора началось во время Второй мировой войны. Он требовался для одного из этапов создания атомной бомбы в рамках Манхэттенского проекта. Фтор использовался для получения гексафторида урана (UF 6), который, в свою очередь, применялся для отделения друг от друга двух изотопов 235 U и 238 U. Сегодня газообразный UF 6 необходим для получения обогащенного урана для ядерной энергетики.

Важнейшие свойства фтора

В периодической таблице элемент находится в верхней части 17 группы (бывшая группа 7А), которую называют галогенной. К другим галогенам относятся хлор, бром, йод и астат. Кроме того, F находится во втором периоде между кислородом и неоном.

Чистый фтор - это коррозионный газ (химическая формула F 2) с характерным резким запахом, который обнаруживается в концентрации 20 нл на литр объема. Как наиболее реактивный и электроотрицательный из всех элементов, он легко образует соединения с большинством из них. Фтор слишком реактивный, чтобы существовать в элементарной форме и имеет такое сродство с большинством материалов, включая кремний, что его нельзя готовить или хранить в стеклянных емкостях. Во влажном воздухе он реагирует с водой, образуя не менее опасную плавиковую кислоту.

Фтор, взаимодействуя с водородом, взрывается даже при низкой температуре и в темноте. Он бурно реагирует с водой, образуя плавиковую кислоту и газообразный кислород. Различные материалы, в том числе мелкодисперсные металлы и стекла, в струе газообразного фтора горят ярким пламенем. Кроме того, данный химический элемент образует соединения с благородными газами криптоном, ксеноном и радоном. Однако непосредственно с азотом и кислородом он не реагирует.

Несмотря на крайнюю активность фтора, сегодня стали доступны методы его безопасной обработки и транспортировки. Элемент может храниться в емкостях из стали или монеля (богатого никелем сплава), так как на поверхности этих материалов образуются фториды, которые препятствуют дальнейшей реакции.

Фториды - это вещества, в которых фтор присутствует в виде отрицательно заряженного иона (F -) в сочетании с некоторыми положительно заряженными элементами. Соединения фтора с металлами являются одними из наиболее стабильных солей. При растворении в воде они делятся на ионы. Другими формами фтора являются комплексы, например, - , и H 2 F + .

Изотопы

Существует множество изотопов данного галогена, начиная от 14 F и заканчивая 31 F. Но изотопный состав фтора включает только один из них, 19 F, который содержит 10 нейтронов, так как только он является стабильным. Радиоактивный изотоп 18 F - ценный источник позитронов.

Биологическое воздействие

Фтор в организме в основном содержится в костях и зубах в виде ионов. Фторирование питьевой воды в концентрации менее одной части на миллион значительно снижает частоту кариеса — так считают в Национальном исследовательском совете Национальной академии наук США. С другой стороны, избыточное накопление фтора может привести к флюорозу, который проявляется в крапчатости зубов. Этот эффект обычно наблюдается в местностях, где содержание данного химического элемента в питьевой воде превышает концентрацию 10 промилле.

Элементарный фтор и фтористые соли токсичны и с ними следует обходиться с большой осторожностью. Контакта с кожей или глазами следует тщательно избегать. Реакция с кожным покровом производит которая быстро проникает через ткани и реагирует с кальцием в костях, повреждая их навсегда.

Фтор в окружающей среде

Ежегодная мировая добыча минерала флюорита составляет около 4 млн т, а общая мощность разведанных месторождений находится в пределах 120 млн т. Основными районами добычи этого минерала являются Мексика, Китай и Западная Европа.

В природе фтор встречается в земной коре, где его можно найти в горных породах, угле и глине. Фториды попадают в воздух при ветровой эрозии почв. Фтор является 13-м по распространенности химическим элементом в земной коре - его содержание равно 950 промилле. В почвах его средняя концентрация - примерно 330 промилле. Фтороводород может выделяться в воздух в результате процессов горения в промышленности. Фториды, которые находятся в воздухе, в конечном итоге выпадают на землю или в воду. Когда фтор образует связь с очень мелкими частицами, то может оставаться в воздухе в течение длительного периода времени.

В атмосфере 0,6 миллиардных долей данного химического элемента присутствуют в виде солевого тумана и органических соединений хлора. В городских условиях концентрация достигает 50 частей на миллиард.

Соединения

Фтор - это химический элемент, который образует широкий спектр органических и неорганических соединений. Химики могут заменить им атомы водорода, тем самым создавая множество новых веществ. Высокореактивный галоген образует соединения с благородными газами. В 1962 году Нил Бартлетт синтезировал гексафторплатинат ксенона (XePtF6). Фториды криптона и радона также были получены. Еще одним соединением является фторгидрид аргона, устойчивый лишь при экстремально низких температурах.

Промышленное применение

В атомарном и молекулярном состоянии фтор используется для плазменного травления в производстве полупроводников, плоских дисплеев и микроэлектромеханических систем. Плавиковая кислота применяется для травления стекла в лампах и других изделиях.

Наряду с некоторыми из его соединений, фтор - это важная составляющая производства фармацевтических препаратов, агрохимикатов, горюче-смазочных материалов и текстиля. Химический элемент необходим для получения галогенированных алканов (галоны), которые, в свою очередь, широко использовались в системах кондиционирования воздуха и охлаждения. Позже такое применение хлорфторуглеродов было запрещено, поскольку они способствуют разрушению озонового слоя в верхних слоях атмосферы.

Гексафторид серы - чрезвычайно инертный, нетоксичный газ, относящийся к веществам, вызывающим парниковый эффект. Без фтора невозможно производство пластмасс с низким коэффициентом трения, таких как тефлон. Многие анестетики (например, севофлуран, десфлуран и изофлуран) являются производными фторуглеводородов. Гексафторалюминат натрия (криолит) применяется в электролизе алюминия.

Соединения фтора, в том числе NaF, используются в зубных пастах для предотвращения кариеса. Эти вещества добавляются в системы муниципального водоснабжения для фторирования воды, однако из-за воздействия на здоровье человека эта практика считается спорной. При более высоких концентрациях NaF используются в качестве инсектицида, особенно для борьбы с тараканами.

В прошлом фториды применялись для снижения и руд и повышения их текучести. Фтор - это важный компонент производства гексафторида урана, который применяется для разделения его изотопов. 18 F, радиоактивный изотоп с 110 минут, излучает позитроны и часто используется в медицинской позитронно-эмиссионной томографии.

Физические свойства фтора

Базовые характеристики химического элемента следующие:

• Атомная масса 18,9984032 г/моль.
• Электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 5 .
• Степень окисления -1.
• Плотность 1,7 г/л.
• Температура плавления 53,53 К.
• Температура кипения 85,03 К.
• Теплоемкость 31,34 Дж/(К·моль).

(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.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Фтор - девятый элемент Периодической таблицы. Обозначение - F от латинского «fluorum». Расположен во втором периоде, VIIА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 9.

Вследствие большой химической активности фтор находится в природе исключительно в связанном состоянии. Наиболее часто фтор встречается в виде минерала плавикового шпата CaF 2 , криолита Na 3 AlF 6 и фторапатита Ca 5 F(PO 4) 3 .

В виде простого вещества фтор представляет собой газ бледно-зеленоватого цвета или жидкость светло-желтого цвета (рис.1). Температура плавления равна (-219,6 o С), кипения - (-188,1 o С). Ядовит.

Рис. 1. Фтор. Внешний вид (жидкое состояние).

Атомная и молекулярная масса фтора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Относительная атомная масса атомарного фтора равна 18,9984 а.е.м. Известно, что молекула фтора двухатомна - F 2 . Относительная молекулярная масса молекулы фтора будет равна:

M r (F 2) = 18,9984 × 2 ≈38.

Изотопы фтора

В природе фтор существует в виде единственного изотопа 19 F. Массовое число равно 19. Ядро атома содержит девять протонов и десять нейтронов.

Существует ядерный изотоп фтора 18m F с периодом полураспада равным 109,771 минут.

Ионы фтора

На внешнем энергетическом уровне атома фтора имеется семь электронов, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 5 .

В результате химического взаимодействия фтор принимает электрон от других атомов, т.е. являться его акцептором, и превращается в отрицательно заряженный ион:

F 0 +1e → F — .

Молекула и атом фтора

Молекула фтора состоит из двух атомов - F 2 . Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу фтора:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

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 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.