Використання
Фтор і його сполуки широко застосовуються, в т. ч. і для отримання фармацевтичних препаратів, агрохімікатів, пально-мастильних матеріалів і текстилю. Плавикова кислота використовується для травлення скла, а плазма з фтору – для виробництва напівпровідникових та інших матеріалів. Низькі концентрації іонів F в зубній пасті і питній воді можуть допомогти запобігти карієс зубів, у той час як більш високі концентрації входять до складу деяких інсектицидів. Багато загальні анестетики являють собою похідні фторуглеводородов. Ізотоп 18 F є джерелом позитронів для отримання медичних зображень методом позитронно-емісійної томографії, а гексафторид урану використовується для поділу ізотопів урану та отримання збагаченого урану для атомних електростанцій.
Історія відкриття
Мінерали, що містять сполуки фтору, були відомі за багато років до виділення цього хімічного елемента. Наприклад, мінерал плавиковий шпат (або флюорит), що складається з фториду кальцію, був описаний у 1530 р. Георгієм Агріколою. Він зауважив, що його можна використовувати в якості флюсу — речовини, яка допомагає знизити температуру плавлення металу або руди і допомагає очистити потрібний метал. Тому фтор назву свою латинську назву отримав від слова fluere («текти»).У 1670 році склодув Генріх Шванхард виявив, що скло труїться під дією фтористого кальцію (плавикового шпату), обробленого кислотою. Карл Шеєле і багато більш пізні дослідники, в тому числі Гемфрі Деві, Жозеф-Луї Гей-Люссак, Антуан Лавуазьє, Луї Тенар, експериментували з плавиковою кислотою (HF), яку було нескладно отримати шляхом обробки CaF концентрованої сірчаної кислотою. Зрештою, стало зрозуміло, що містить HF раніше невідомий елемент. Це речовина, однак, через його надмірну реактивності протягом багатьох років виділити не вдавалося. Його не тільки важко відокремити від сполук, але воно тут же вступає в реакцію з іншими її компонентами. Виділення елементарного фтору з плавикової кислоти надзвичайно небезпечно, і ранні спроби осліпили і вбили кількох вчених. Ці люди стали відомі як «мученики фтору».
Відкриття та виробництво
Нарешті, в 1886 році французькому хіміку Анрі Муассану вдалося виділити фтор шляхом електролізу суміші розплавлених фторидів калію і плавикової кислоти. За це він був удостоєний Нобелівської премії 1906 року в галузі хімії. Його електролітичний підхід продовжує використовуватися для промислового отримання цього хімічного елемента. Перше масштабне виробництво фтору почалося під час Другої світової війни. Він потрібний для одного з етапів створення атомної бомби в рамках Манхеттенського проекту. Фтор використовувався для отримання гексафториду урану (UF 6 ), який, у свою чергу, застосовувався для відділення один від одного двох ізотопів 235 U і 238 U. Сьогодні газоподібний UF 6 необхідний для одержання збагаченого урану для ядерної енергетики.
Найважливіші властивості фтору
В періодичної таблиці елемент знаходиться у верхній частині групи 17 (колишня група 7А), яку називають галогенною. До інших галогенам належать хлор, бром, йод і астат. Крім того, F знаходиться у другому періоді між киснем і неоном. Чистий фтор – це корозійний газ (хімічна формула F 2 ) з характерним різким запахом, який виявляється у концентрації 20 нл на літр об'єму. Як найбільш реактивний і електронегативний з усіх елементів, він легко утворює сполуки з більшістю з них. Фтор дуже реактивний, щоб існувати в елементарній формі і має таке спорідненість з більшістю матеріалів, включаючи кремній, що його не можна готувати або зберігати в скляних ємностях. У вологому повітрі він реагує з водою, утворюючи не менш небезпечну плавикову кислоту. Фтор, взаємодіючи з воднем, вибухає навіть при низькій температурі і в темряві. Він бурхливо реагує з водою, утворюючи плавикову кислоту і газоподібний кисень. Різні матеріали, в тому числі дрібнодисперсні метали і скла, в струмені газоподібного фтору горять яскравим полум'ям. Крім того, даний хімічний елемент утворює сполуки з благородними газами криптоном, ксеноном і радоном. Однак безпосередньо з азотом і киснем він не реагує. Незважаючи на крайню активність фтору, сьогодні стали доступні методи його безпечної обробки і транспортування. Елемент може зберігатися в ємкостях з сталі або монеля (багатого нікелем сплаву), так як на поверхні цих матеріалів утворюються фториди, які перешкоджають подальшій реакції. Фториди – це речовини, в яких фтор присутня у вигляді негативно зарядженого іона (F - ) в поєднанні з деякими позитивно зарядженими елементами. Сполуки фтору з металами є одними з найбільш стабільних солей. При розчиненні у воді вони діляться на іони. Іншими формами фтору є комплекси, наприклад,[FeF4] - і H 2 F + .
Ізотопи
Існує безліч ізотопів даного галогену, починаючи від 14 F і закінчуючи 31 F. Але ізотопний склад фтору включає тільки один з них, 19 F, який містить 10 нейтронів, так як тільки він є стабільним. Радіоактивний ізотоп 18 F – цінне джерело позитронів.Біологічний вплив
Фтор в організмі в основному міститься в кістках і зубах у вигляді іонів. Фторування питної води в концентрації менше однієї частини на мільйон значно знижує частоту карієсу — так вважають у Національному дослідницькому раді Національної академії наук США. З іншого боку, надмірне накопичення фтору може призвести до флюорозу, який проявляється в крапчастості зубів. Цей ефект зазвичай спостерігається в місцевостях, де вміст даного хімічного елемента у питній воді перевищує концентрацію 10 проміле. Елементарний фтор і фтористі солі токсичні і з ними слід обходитися з великою обережністю. Контакту зі шкірою або очима слід ретельно уникати. Реакція з шкірним покривом виробляє фтористоводневу кислоту, яка швидко проникає через тканини і реагує з кальцієм в кістках, пошкоджуючи їх назавжди.
Фтор в навколишньому середовищі
Щорічна світова видобуток мінералу флюориту становить близько 4 млн т, а загальна потужність розвіданих родовищ знаходиться в межах 120 млн т. Основними районами видобутку цього мінералу є Мексика, Китай і Західна Європа. У природі фтор зустрічається в земній корі, де його можна знайти в гірських породах, вугіллі та глині. Фториди потрапляють у повітря при вітрової ерозії ґрунтів. Фтор є 13-м за поширеністю хімічним елементом у земній корі його зміст дорівнює 950 проміле. У ґрунтах його середня концентрація – приблизно 330 проміле. Фтороводород може виділятися в повітря в результаті процесів горіння в промисловості. Фториди, які знаходяться в повітрі, в кінцевому підсумку випадають на землю або у воду. Коли фтор утворює зв'язок з дуже дрібними частинками, то може залишатися в повітрі протягом тривалого періоду часу. В атмосфері 06 мільярдних часток даного хімічного елемента присутні у вигляді сольового туману і органічних сполук хлору. У міських умовах концентрація досягає 50 частин на мільярд.
З'єднання
Фтор – це хімічний елемент, який утворює широкий спектр органічних і неорганічних сполук. Хіміки можуть замінити їм атоми водню, тим самим створюючи безліч нових речовин. Високореактивний галоген утворює сполуки з благородними газами. У 1962 році Ніл Бартлетт синтезував гексафторплатинат ксенону (XePtF6). Фториди криптону і радону також були отримані. Ще одним з'єднанням є фторгидрид аргону, стійкий лише при екстремально низьких температурах.Промислове застосування
В атомарному і молекулярному стані фтор використовується для плазмового травлення у виробництві напівпровідників, плоских дисплеїв і мікроелектромеханічних систем. Плавикова кислота застосовується для травлення скла в лампах і інших виробах. Поряд з деякими з його сполук, фтор – це важлива складова виробництва фармацевтичних препаратів, агрохімікатів, пально-мастильних матеріалів і текстилю. Хімічний елемент необхідний для отримання галогенированних алканів (галони), які, в свою чергу, широко використовувалися в системах кондиціонування повітря та охолодження. Пізніше таке застосування хлорфторвуглеців було заборонено, оскільки вони сприяють руйнуванню озонового шару у верхніх шарах атмосфери.