Φθόριο - τι είναι αυτό; Οι ιδιότητες του φθορίου

Φθορο - χημικό στοιχείο (σύμβολο F, ατομικό αριθμό 9), μη-μέταλλο, το οποίο ανήκει στην ομάδα αλογόνου. Αυτό είναι το πιο ενεργό και ηλεκτροαρνητικού. Σε κανονική θερμοκρασία και πίεση του μορίου φθορίου είναι ένα δηλητηριώδες αέριο υποκίτρινο με τον τύπο F _2. Όπως και με άλλα αλογόνα, μοριακού φθορίου είναι πολύ επικίνδυνο και σε επαφή με το δέρμα προκαλεί σοβαρά εγκαύματα.

η χρήση του

Φθόριο και οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται ευρέως σε t. H., Και για την παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων, αγροχημικών, καύσιμα και λιπαντικά, και τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα. Το υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται για να χαράξει το γυαλί, και το πλάσμα του φθορίου - για την παρασκευή των ημιαγωγών και άλλων υλικών. Χαμηλές συγκεντρώσεις ιόντων F σε οδοντόπαστα και το πόσιμο νερό μπορεί να βοηθήσει στην πρόληψη της τερηδόνας των δοντιών, ενώ υψηλότερες συγκεντρώσεις είναι μέρος μερικών εντομοκτόνων. Πολλοί γενικά αναισθητικά είναι παράγωγα της φθοράνθρακες. ¹⁸ F ισότοπο είναι μια πηγή ποζιτρονίων για ιατρική απεικόνιση με τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων, και εξαφθοριούχο ουράνιο χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό των ισοτόπων του ουρανίου και παράγουν εμπλουτισμένο ουράνιο για πυρηνικά εργοστάσια.

Η ιστορία της ανακάλυψης

Ορυκτά που περιέχουν φθοριούχες ενώσεις, είναι γνωστές εδώ και πολλά χρόνια πριν την κυκλοφορία αυτού του χημικού στοιχείου. Για παράδειγμα, το ορυκτό αργυραδάμαντα (ή φθορίτη), που αποτελείται από φθοριούχο ασβέστιο, περιγράφηκε το 1530 από τον Agricola G. Gheorghiu. Σημειώνεται ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ροή - μια ουσία που βοηθά στην μείωση του σημείου τήξεως του μετάλλου ή μεταλλεύματος και βοηθά τον καθαρισμό επιθυμητό μέταλλο. Ως εκ τούτου φθόριο το όνομά του από το λατινικό όνομα του έλαβε fluere λέξη ( «συνεχούς ροής»).

Σε 1670 Henry godu υαλουργός Shvanhard διαπίστωσε ότι το γυαλί είναι χαραγμένη υπό την επίδραση του φθοριούχου ασβεστίου (φθορίτης), κατεργασμένα με οξύ. Karl Scheele και πολλοί αργότερα ερευνητών, συμπεριλαμβανομένων των Humphrey Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antuan Lavuaze, Louis Tenar πειραματιστεί με υδροφθορικό οξύ (HF), η οποία εύκολα λαμβάνεται με κατεργασία CaF πυκνού θειικού οξέος.

Στο τέλος, έγινε σαφές ότι το HF περιέχει μια προηγουμένως άγνωστη στοιχείο. Η ουσία, όμως, λόγω της εξαιρετικής δραστικότητας του απέτυχε να διαθέσει για χρόνια. Δεν είναι δύσκολο να διαχωριστούν από τις ενώσεις μόνο, αλλά αντιδρά αμέσως με άλλα συστατικά αυτών. Απομόνωση του στοιχειακού φθορίου από το υδροφθορικό οξύ είναι εξαιρετικά επικίνδυνη, και οι πρώτες απόπειρες τύφλωσε και σκότωσαν αρκετούς επιστήμονες. Αυτοί οι άνθρωποι έγιναν γνωστοί ως οι «Μάρτυρες του φθορίου.»

Η ανακάλυψη και η παραγωγή

Τέλος, το 1886, ο Γάλλος χημικός Henri Muassanu επέτυχαν να απομονώσουν ένα μίγμα φθορίου με ηλεκτρόλυση τετηγμένου φθοριούχου καλίου και υδροφθορικό οξύ. Γι 'αυτό είχε απονεμηθεί το 1906 το βραβείο Νόμπελ Χημείας. ηλεκτρολυτική προσέγγιση της χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα για την βιομηχανική παραγωγή αυτού του χημικού στοιχείου.

Η πρώτη μεγάλης κλίμακας παραγωγή φθορίου ξεκίνησε κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου. Ήταν που απαιτούνται για ένα από τα στάδια της δημιουργίας της ατομικής βόμβας στο Σχέδιο Μανχάταν. Φθόριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή εξαφθοριούχο ουράνιο (UF _6), η οποία, με τη σειρά της, χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό από τον άλλο δύο ισοτόπων ²³⁵ U και ²³⁸ U. Σήμερα αέρια UF ₆ απαιτείται για να ληφθεί εμπλουτισμένο ουράνιο για την πυρηνική ενέργεια.

Οι πιο σημαντικές ιδιότητες της φθορίου

Στον περιοδικό στοιχείο τραπέζι είναι στο ανώτερο τμήμα 17 της ομάδας (πρώην Ομάδα 7Α), η οποία ονομάζεται το αλογόνο. Άλλα αλογόνα περιλαμβάνουν χλώριο, βρώμιο, ιώδιο και αστάτιο. Επιπλέον, F κατά τη δεύτερη περίοδο είναι μεταξύ του οξυγόνου και νέον.

Καθαρό φθορο - ένα διαβρωτικό αέριο (χημικός τύπος F ₂₎ με μια χαρακτηριστική έντονη οσμή η οποία ανιχνεύεται σε μία συγκέντρωση 20 nl ανά λίτρο. Ως το πιο ηλεκτροαρνητικό και αντιδραστικά όλων των στοιχείων, σχηματίζει εύκολα μια ένωση με την πλειοψηφία τους. Το φθόριο είναι πάρα πολύ αντιδραστική να υπάρχουν σε στοιχειακή μορφή και έχει μια τέτοια χημική συγγένεια με τα περισσότερα υλικά, συμπεριλαμβανομένων πυρίτιο, ότι δεν μπορούν να παρασκευασθούν ή να αποθηκευθούν σε γυάλινους περιέκτες. Σε υγρό αέρα, αντιδρά με νερό για να σχηματίσει όχι λιγότερο επικίνδυνα υδροφθορικό οξύ.

Φθορο, αλληλεπιδρώντας με το υδρογόνο εκρήγνυται ακόμη και σε χαμηλή θερμοκρασία και στο σκοτάδι. Αντιδρά βίαια με νερό για να σχηματίσει υδροφθορικό οξύ και αέριο οξυγόνο. Διαφορετικά υλικά, συμπεριλαμβανομένης της υάλου και λεπτοδιαμερισμένο μέταλλα, σε ένα ρεύμα αερίου φθορίου κάψει φωτεινό φλόγα. Επιπλέον, η χημική στοιχείο σχηματίζει μία ένωση με το ευγενή αέρια κρυπτόν, ξένον και ραδόνιο. Ωστόσο άμεσα με άζωτο και οξυγόνο, δεν αντιδρά.

Παρά την ακραία δράση του φθορίου, έχουμε πλέον διαθέσιμες μεθόδους ασφαλούς χειρισμού και μεταφοράς. Το στοιχείο μπορεί να αποθηκεύεται σε δοχεία κατασκευασμένα από χάλυβα ή Monel (νικέλιο-πλούσια κράμα), δεδομένου ότι αυτά τα υλικά στην επιφάνεια των φθοριούχων που σχηματίζονται που παρεμποδίζουν περαιτέρω αντίδραση.

Φθοριούχα - μια ουσία στην οποία το φθόριο είναι παρούσα ως ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν (F ^-) σε συνδυασμό με ορισμένα θετικά φορτισμένα στοιχεία. ενώσεις φθορίου με μέταλλα είναι μεταξύ των πιο σταθερά άλατα. Όταν διαλυθεί σε νερό, χωρίζονται σε ιόντα. Άλλες μορφές φθορίου είναι σύμπλοκα, π.χ., [FeF _4] ^-, και _Η2 F ^+.

ισότοπα

Υπάρχει ένα πλήθος από ισότοπα των αλογόνων, από ¹⁴ F και τελειώνει με ³¹ F. Αλλά σύνθεση φθόριο ισοτόπων περιλαμβάνει μόνο μία από αυτές, ^19Ρ, το οποίο περιέχει 10 νετρόνια, έτσι ώστε μόλις είναι σταθερό. Το ραδιενεργό ισότοπο ¹⁸ F - μια πολύτιμη πηγή ποζιτρονίων.

βιολογικές επιδράσεις

Φθόριο στο σώμα κυρίως στα οστά και τα δόντια, με τη μορφή ιόντων. Η φθορίωση του πόσιμου νερού σε συγκέντρωση λιγότερο από ένα μέρος ανά εκατομμύριο μειώνει σημαντικά τη συχνότητα εμφάνισης της τερηδόνας - έτσι ώστε να εξετάσει το Εθνικό Συμβούλιο Ερευνών της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ. Από την άλλη πλευρά, η υπερβολική συσσώρευση του φθορίου μπορεί να οδηγήσει σε φθορίωση, η οποία εκδηλώνεται με την κηλίδωση των δοντιών. Αυτό το αποτέλεσμα παρατηρείται συνήθως σε περιοχές όπου η περιεκτικότητα ενός δεδομένου χημικού στοιχείου στην συγκέντρωση πόσιμου νερού υπερβαίνει τα 10 ppm.

Στοιχειακή φθόριο και φθοριούχα άλατα είναι τοξικά και πρέπει να τους μεταχειρίζονται με μεγάλη προσοχή. Η επαφή με το δέρμα ή τα μάτια πρέπει να αποφεύγεται προσεκτικά. Η αντίδραση με το δέρμα παράγει υδροφθορικό οξύ, το οποίο διαπερνά γρήγορα τον ιστό και αντιδρά με το ασβέστιο στα οστά, καταστρέφοντας οριστικά.

Φθόριο στο περιβάλλον

Η ετήσια παγκόσμια παραγωγή του ορυκτού φθορίτη περίπου 4 εκατομμύρια τόνους, και η συνολική ισχύς διερευνηθεί καταθέσεις μέσα σε 120 εκατομμύρια τόνους. Ο κύριος αυτής της εξόρυξης ορυκτών περιοχές είναι το Μεξικό, τη Δυτική Ευρώπη και την Κίνα.

Στη φύση φθοριο βρέθηκαν στο φλοιό της γης όπου μπορεί να βρεθεί σε βράχους, πηλό και άνθρακα. Φθοριούχα στον αέρα, όταν η αιολική διάβρωση. Το φθόριο είναι το 13ο πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο φλοιό της Γης - το περιεχόμενό του είναι 950 ppm. Σε εδάφη, μέσης συγκέντρωσης αυτής - περίπου 330 ppm. υδροφθόριο μπορεί να απελευθερώνεται στον αέρα, ως αποτέλεσμα των διαδικασιών καύσης στη βιομηχανία. Φθοριούχα που είναι στον αέρα, τελικά πέφτουν στο έδαφος ή το νερό. Όταν το φθόριο σχηματίζει ένα δεσμό με πολύ μικρά σωματίδια, μπορεί να παραμείνει αερομεταφερόμενο για μεγάλες χρονικές περιόδους.

Σε μια ατμόσφαιρα 0,6 ppb του χημικού στοιχείου που υπάρχει στο μορφή ενός ψεκασμού άλατος και οργανικές ενώσεις χλωρίου. Σε αστικά περιβάλλοντα συγκέντρωση φτάνει 50 ppb.

συνδέσεις

Φθορο - είναι ένα στοιχείο, το οποίο σχηματίζει ένα ευρύ φάσμα οργανικών και ανόργανων ενώσεων. Χημικοί μπορεί να αντικαταστήσει τα άτομα υδρογόνου, δημιουργώντας έτσι μία πλειάδα νέων ουσιών. Σχηματίζει μια υψηλής δραστικότητας ενώσεις αλογόνου με ευγενή αέρια. Το 1962, Neil Bartlett συνθέτει ξένον geksaftorplatinat (XePtF6). Φθοριούχα της κρυπτό και το ραδόνιο έχουν επίσης συνταχθεί. Μια άλλη ένωση είναι ftorgidrid αργόν, σταθερά μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

τεχνική εφαρμογή

Το ατομικό και μοριακό κατάσταση φθόριο χρησιμοποιείται για χάραξη πλάσματος στην παραγωγή ημιαγωγών, επίπεδες οθόνες και microelectromechanical συστήματα. Το υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται για τη χάραξη γυαλιού για λαμπτήρες και άλλα προϊόντα.

Μαζί με κάποιες από τις ενώσεις του, φθορίου - ένα σημαντικό μέρος της παραγωγής των φαρμακευτικών, αγροχημικών, καύσιμα και λιπαντικά, και τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα. Χημικό στοιχείο που απαιτείται για την παρασκευή των αλογονωμένων αλκανίων (halons), οι οποίες με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται ευρέως στον κλιματισμό και την ψύξη. Αργότερα αυτή η χρήση των CFCs έχει απαγορευτεί, διότι συμβάλλουν στην καταστροφή του στρώματος του όζοντος στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Το εξαφθοριούχο θείο - εξαιρετικά αδρανές, μη-τοξικό αέριο αποδίδεται σε ουσίες που προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Χωρίς φθόριο αδύνατο να κατασκευάζουν τα πλαστικά με χαμηλό συντελεστή τριβής, όπως Teflon. Πολλοί αναισθητικών παραγόντων (π.χ., σεβοφλουράνιο, δεσφλουράνιο και ισοφλουράνιο) είναι παράγωγα της φθοράνθρακες. Geksaftoralyuminat νατρίου (κρυόλιθος) χρησιμοποιείται στην ηλεκτρόλυση αργιλίου.

Φθόριο ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων των NaF, που χρησιμοποιούνται σε οδοντόπαστες για την πρόληψη της τερηδόνας. Αυτές οι ουσίες που προστίθενται στο σύστημα ύδρευσης δημοτικό για την φθορίωση του νερού, αλλά και λόγω των επιπτώσεων στην υγεία του ανθρώπου, η πρακτική αυτή είναι αμφιλεγόμενη. Σε υψηλότερες συγκεντρώσεις του NaF χρησιμοποιείται ως εντομοκτόνο, ιδιαίτερα εναντίον κατσαρίδων.

Στο παρελθόν, φθορίδια χρησιμοποιούνται για να μειώσουν τη θερμοκρασία τήξης μετάλλων και μεταλλευμάτων, και αύξηση της απόδοσης τους. Φθόριο - είναι ένα σημαντικό συστατικό της παραγωγής εξαφθοριούχο ουράνιο, το οποίο χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό των ισοτόπων του. ¹⁸ F, το ραδιενεργό ισότοπο με χρόνο υποδιπλασιασμού 110 λεπτά, εκπέμπει ποζιτρόνια και χρησιμοποιείται συχνά σε τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων ιατρική.

Φυσικές ιδιότητες του φθορίου

Χαρακτηριστικά κατά την έναρξη των χημικών στοιχείων έχουν ως εξής:

• 18.9984032 ατομική μάζα g / mol.
• Η ηλεκτρονική διαμόρφωση του 1s 2s ^{2 2 5} _2ρ.
• Η κατάσταση οξείδωσης του -1.
• Πυκνότητα 1,7 g / l.
• 53.53 θερμοκρασία τήξης Κ
• Κ βρασμού 85.03
• 31.34 J χωρητικότητα θερμότητας / (K · mol).