Фтор

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

фтор

(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

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 .

Синонимы :

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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Фтор - элемент, относящийся к группе галогенов. Неметалл. Расположен во втором периоде VII группы A подгруппы.

Порядковый номер равен 9. Заряд ядра равен +9. Атомный вес - 18,998 а.е.м. Это единственный стабильный нуклид фтора.

Электронное строение атома фтора

Атом фтора имеет две оболочки, как и все элементы, расположенные во втором периоде. Номер группы - VII (галогены) - свидетельствует о том, что на внешнем электронном уровне атома азота находится 7 валентных электронов и до завершения внешнего энергетического уровня не хватает всего одного электрона. Обладает самой высокой окислительной способностью среди всех элементов Периодической системы.

Рис. 1. Условное изображение строения атома фтора.

Электронная конфигурация основного состояния записывается следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 5 .

Фтор - элемент p-семейства. Энергетическая диаграмма для валентных электронов в невозбужденном состоянии выглядит следующим образом:

У фтора есть 3 пары спаренных электронов и один неспаренный электрон. Во всех своих соединениях фтор проявляет валентность I и степень окисления -1.

В результате взаимодействия фтор является акцептором электронов. В этом случае атом превращается в отрицательно заряженный ион (F —).

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.

Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF 2 - описано в конце XV века под названием "флюор" (от fluere - "течь", по свойству этого соединения понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава). В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту. Как один из элементов 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 .
Название "фтор" (от греч. fqoroz - разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского "Fluor".

Нахождение в природе, получение:

Фтор является "чистым элементом", то есть в природе содержится только изотоп фтора 19 F. Известны 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31. Самым долгоживущим из них является 18 F с периодом полураспада 109,8 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.
В лабораторных условиях фтор можно получать с помощью электролиза. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза, газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из фторида кальция со смазкой из оксида свинца(II) и глицерина.
В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия открытия фтора, Карл Кристе открыл способ чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K 2 MnF 6 и SbF 5 при 150 °C: 2K 2 MnF 6 + 4SbF 5 = 4KSbF 6 + 2MnF 3 + F 2
Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен.
Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·3HF (часто с добавлениями фторида лития) при температуре около 100°С в стальных электролизёрах со стальным катодом и угольным анодом.

Физические свойства:

Слабо светло-оранжевый газ, в малых концентрациях запах напоминает одновременно озон и хлор, очень агрессивен и ядовит. Сжижается при 88 К, при 55 К переходит в твердое состояние с молекулярной кристаллической решёткой, которая может находиться в нескольких модификациях. Структура a -фтора (стабильная при атмосферном давлении) является моноклинной гранецентрированной.

Химические свойства:

Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами (редкие исключения - фторопласты), и с большинством из них - с горением и взрывом. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до -252°C). Фтор также способен окислять кислород образуя фторид кислорода OF 2 .
С азотом фтор реагирует лишь в электрическом разряде, с платиной - при температуре красного каления. Некоторые металлы (Fe, Сu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с фтором с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции.
Фтор взаимодействует со многими сложными веществами. Он замещает все галогены в галогенидах, легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N 2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах или металлы в их солях:
НNО 3 (или NaNO 3) + F 2 => FNO 3 + HF (или NaF);
Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с фтором при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, СО 2 и О 2 .
В атмосфере фтора горит даже вода: 2F 2 + 2H 2 O = 4HF + O 2 .
Фтор энергично реагирует с органическими веществами.

Важнейшие соединения:

Фтороводород - бесцветный газ с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H 2 F 2 , ниже 19,9°C - бесцветная подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей.
Фторид кислорода , OF 2 бесцветный ядовитый газ, малорастворим в воде. Получают реакцией фтора с разб. раствором щелочи: 2NaОH + 2F 2 => OF 2 + 2NaF + H 2 O. Сильный окислитель.
Смесь паров воды и дифторида кислорода взрывоопасна: H 2 O + OF 2 = 2HF + O 2 .
Гексафторид серы , SF 6 (элегаз) - тяжелый газ, практически бесцветный, обладает высокими электроизолирующими свойствами, высоким напряжением пробоя, при этом практически инертен.
Фториды металлов - типичные соли, обычно менее растворимы, чем соответствующие хлориды, но AgF лучше растворим, чем другие галогениды серебра.

Применение:

Газообразный фтор используется для получения:
- гексафторида урана UF 6 из UF 4 , применяемого для разделения изотопов урана для ядерной промышленности,
- OF 2 , трёхфтористый хлор ClF 3 - фторирующие агенты и мощные окислители ракетного топлива,
- шестифтористой серы SF 6 - газообразный изолятор в электротехнической промышленности,
- фреонов - хороших хладагентов,
- тефлонов - химически инертных полимеров,
- гексафтороалюмината натрия - для последующего получения алюминия электролизом и т.д.

Осипов Антон Анатольевич
ХФ ТюмГУ, 561/2 группа

Источники:
Фтор // Википедия. Дата обновления: 20.01.2019. URL:

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

Физические свойства F 2

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

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

Способы получения

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

Электролиз: 2HF = H 2 + F 2

Химические свойства F 2

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

Взаимодействие с металлами

Ме + F 2 = Me +x F -1 x (фториды)

а) со щелочными Ме - со взрывом;

б) с большинством металлов - воспламенеие;

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

Взаимодействие с неметаллами

НеМе + F 2 = НеMeF x (фториды)

2Р + 5F 2 = 2PF 5

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

(даже в темноте - со взрывом)

Hal 2 + F 2 = HalF x

Xe + 3F 2 = XeF 6

Взаимодействие с водой

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

2F 2 + Н 2 O = OF 2 + 2HF

2F 2 + 2Н 2 О = O 2 + 4HF

Взаимодействие с SiO 2

Кварц загорается в атмосфере F 2

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

Фтороводород HF

Самое прочное вещество среди HHal, образовано сильно полярными молекулами.

Физические свойства

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

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

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

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

Химические свойства

Взаимодействие с металлами

Проявляет все свойства, характерные для класса кислот.

Некоторые металлы не растворяются в плавиковой кислоте, так как образующиеся малорастворимые фториды образуют на поверхности металла защитную пленку.

Очень эффективным растворителем металлов является смесь HF и HNО 3 , в которой HNO 3 играет роль окислителя, a HF - комплексообразователя:

8HF + 2HNО 3 + W = H 2 + 2NO + 4Н 2 О

Взаимодействие с Si, SiO 2 - специфичное свойство HF

Нерастворимый в воде и в кислотах кремний реагирует с HF и смесью HF + HNО 3:

Si + 4HF → SiF 4 + 2Н 2

3Si + 12HF + 4HN0 3 → 3SiF 4 + 4N0 + 8Н 2 O

Оксид кремния Si0 2 не реагирует с водой и всеми кислотами, кроме плавиковой, в которой он медленно растворяется:

SiO 2 + 6HF → H 2 SiF 6 + 2Н 2 O

Получение HF

1. Синтез из простых веществ:

Н 2 + F 2 = 2HF

2. Действие конц. H 2 SO 4 на фториды металлов:

CaF 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2HF