Флуор, Виртуална лаборатория Wiki, FANDOM, захранван от Wikia
Флуор(F) - химичен елемент от VII а-група на периодичната система на Менделеев, принадлежи към халогени, атомен номер 9, при нормални условия елементът флуор е под формата на двуатомни молекули F2 - бледожълт газ с остра миризма, напомняща на озон или хлор.
Съдържание
Редактиране на историята
Първото флуорно съединение, флуорит (флуорит) CaF2, е описано в края на 15 век под името "флуор". През 1771 г. Карл Шееле получава флуороводородна киселина.
Като един от атомите на флуороводородна киселина, елементът флуор е предсказан през 1810 г. и е изолиран в свободна форма само 76 години по-късно от Анри Моасан през 1886 г. чрез електролиза на течен безводен флуороводород, съдържащ примес от киселинен калиев флуорид KHF2.
Произход на името Edit
Наименованието "флуор" (от гръцки φθόρος - разрушаване), предложено от Андре Ампер през 1810 г., се използва в българския и някои други езици; много страни приеха имена, произлизащи от латинското "Fluor" (което от своя страна идва отfluere- "тече", според свойството на флуорното съединение, флуорит (CaF2), да понижава точката на топене на рудата и да увеличава течливостта на стопилката).
Разпространение в природата Редактиране
Съдържанието на флуор в атомни проценти в природата е показано в таблицата:
В природата значителни натрупвания на флуор се съдържат само в минерала флуорит.
Лещата и лукът са сравнително богати на флуор до известна степен.
Съдържанието на флуор в почвата се дължи на вулканични газове, поради факта, че тя обикновено съдържа голямо количество флуороводород.
Изотопен състав Редактиране
Флуорът е "чист елемент", тоест в природата се среща само флуорният изотоп F 19. Известни са 17 радиоактивни изотопа на флуорамасово число от 14 до 31. Най-дълготрайният от тях е 18 F с полуживот от 109,8 минути, важен източник на позитрони, използвани в позитронно-емисионната томография.
Ядрени свойства на флуорните изотопи Редактиране
Магнитни свойства на ядрата Редактиране
Ядрата на изотопа 19 F имат полуцяло въртене, следователно тези ядра могат да се използват за ЯМР изследвания на молекули. 19F NMR спектрите са доста характерни за органофлуорните съединения.
Електронна структура Редактиране
Електронната конфигурация на флуорния атом е следната: 1s 2 2s 2 2p 5 . Флуорните атоми в съединенията могат да проявят степен на окисление -1. Положителните степени на окисление в съединенията не се реализират, тъй като флуорът е най-електроотрицателният елемент.
Квантовият химичен член на флуорния атом е 2 P3/2
Молекулна структура Редактиране
От гледна точка на теорията на молекулярните орбитали структурата на двуатомна флуорна молекула може да се характеризира със следната диаграма. В молекулата има 4 свързващи орбитела и 3 разхлабващи орбитела. Очевидно редът на връзката в молекулата е 1.
Редактиране на кристална мрежа
Кристалната решетка на флуора в твърдо състояние е лицево-центриран моноклин със следните параметри на решетката:
Получаване на редактиране
Източникът за производство на флуор е флуороводород HF, който се получава главно или чрез действието на сярна киселина H2SO4 върху флуорит CaF2, или чрез обработка на апатити и фосфорити.
Редактиране на лабораторен метод
- При лабораторни условия флуорът може да се получи с помощта на показаната инсталация. Меден съд 2 с отвори в дъното се поставя в меден съд 1, напълнен с KF 3HF стопилка. В съд 2 се поставя дебел никелов анод. Катодът се поставя вътресъд 1. Така по време на процеса на електролиза от тръба 3 се отделя флуорен газ, а от тръба 4 водород.Важно изискване е да се осигури херметичността на системата.За това се използват тапи от калциев флуорид със смазка от оловен оксид (II) и глицерин.
- През 1986 г., докато се подготвяше за конференция за отбелязване на 100-годишнината от откриването на флуора, Карл Кристе откри метод за чисто химическо производство на флуор, използвайки реакция в разтвор на флуороводород на K2MnF6 и SbF5 при 150 °C: [източник?]
Индустриален метод Редактиране
Промишленото производство на флуор се извършва чрез електролиза на стопилка от кисел калиев флуорид KF 3HF (често с добавяне на литиев флуорид), който се образува, когато стопилката KF е наситена с флуороводород до съдържание от 40–41% HF. Процесът на електролиза се извършва при температури около 100°C в стоманени електролизатори със стоманен катод и въглероден анод.
Физически свойства Редактиране
Слабо светло оранжев газ, в малки концентрации миризмата наподобява както озон, така и хлор, е много агресивен и отровен.
Химични свойства Редактиране
Най-активният неметал, той бурно взаимодейства с почти всички вещества (редки изключения са флуоропластите), а с повечето от тях - с изгаряне и експлозия. Контактът на флуор с водород води до възпламеняване и експлозия дори при много ниски температури (до −252°C). Дори водата и платината горят във флуорна атмосфера:
Реакциите, при които флуорът формално е редуциращ агент, включват разлагане на висши флуориди, например:
Флуорът също така може да окислява кислорода, за да образува кислороден флуорид OF2
Съхранение Редактиране
Флуорът се съхранява в газообразно състояние (под налягане) и в течна форма (охлажда се с течен азот) в устройства, изработени от никел и сплави на никелова основа (монел метал), мед, алуминий и неговите сплави, месинг и неръждаема стомана.
Редактиране на приложението
Приложения в химията Редактиране
Газообразният флуор се използва за получаване на:
- уранов хексафлуорид UF6 от UF4, използван за разделяне на изотопи на уран за ядрената индустрия.
- хлорен трифлуорид ClF3 - флуориращ агент и мощен окислител на ракетно гориво
- серен хексафлуорид SF6 - газообразен изолатор в електротехническата индустрия
- метални флуориди (като W и V), които имат някои полезни свойства
- фреоните са добри хладилни агенти
- тефлон - химически инертни полимери
- натриев хексафлуороалуминат - за последващо производство на алуминий чрез електролиза
- различни флуорни съединения
Ракетна техника Редактиране
Флуорните съединения се използват широко в ракетната технология като окислител на горивото.
Медицински приложения Редактиране
Флуорните съединения се използват широко в медицината като кръвозаместители.
Биологична и физиологична роля Редактиране
Флуорът е жизненоважен елемент за тялото. В човешкото тяло флуорът се намира главно в зъбния емайл като част от флуорапатит - Ca5F(PO4)3. При недостатъчен (по-малко от 0,5 mg / литър питейна вода) или прекомерен (повече от 1 mg / литър) прием на флуорид от организма могат да се развият зъбни заболявания: съответно кариес и флуороза (пъстър емайл) и остеосарком [2] .
За предотвратяване на кариес се препоръчва да се използват пасти за зъби с флуорни добавки или да се използвафлуорирана вода (до концентрация 1 mg / l) или прилагайте локални приложения с 1-2% разтвор на натриев флуорид или калаен флуорид. Такива действия могат да намалят вероятността от кариес с 30-50%.
Максимално допустимата концентрация на свързан флуор [3] във въздуха на промишлени помещения е 0,0005 mg/l.