Фтор

ФТОР
ФТОР (лат. Fluorum), F - химический элемент VII группы периодической системы
Менделеева, относится к галогенам, атомный номер 9, атомная масса 18,998403;
при нормальных условиях (0 °С; 0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2) - газ бледно-желтого цвета с резким
запахом.
Природный фтор состоит из одного стабильного изотопа 19F.
Искусственно получены пять радиоактивных изотопов: 16F с периодом полураспада Т1/2 < 1 сек, 17F(Т1/2 = 70 сек),
18F (Т1/2 = 111 мин), 20F (Т1/2 = 11,4 сек), 21F(Т1/2 = 5 сек).
Историческая справка.
Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF2 - описано в конце 15 века под названием "флюор"
(от латинского fluo - теку, по свойству СаF2 делать
жидкотекучими вязкие шлаки металлургических производств). В 1771 К. Шееле
получил плавиковую кислоту. Свободный фтор выделил А. Муассан в 1886
электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь
кислого фторида калия
KHF2.
Химия фтора начала развиваться с 1930-х годов, особенно
быстро - в годы 2-й мировой войны 1939-45 и после нее в связи с потребностями
атомной промышленности и ракетной техники. Название "фтор" (от
греческого phthoros - разрушение, гибель), предложенное А.
Ампером в 1810, употребляется только в русском языке; во многих странах принято
название "флюор".
Распространение в природе.
Среднее содержание фтора в земной коре 6,25*10-2% по
массе; в кислых изверженных породах (гранитах) оно составляет 8*10-2%, в
основных - 3,7*10-2%, в ультраосновных - 10-2%. Фтор присутствует в
вулканических газах и термальных водах. Важнейшие соединения фтора - флюорит,
криолит и топаз. Всего известно 86 фторсодержащих минералов. Соединения фтора
находятся также в апатитах, фосфоритах и других. Фтор - важный биогенный
элемент. В истории Земли источником поступления фтора в биосферу были продукты
извержения вулканов (газы и др.).
Физические и химические свойства.
Газообразный ФТОР имеет плотность 1,693 г/л (0 °С и 0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2), жидкий - 1,5127 г/см3 (при температуре
кипения); tпл -219,61 °С; tкип -188,13 °С. Молекула фтора состоит из двух
атомов (F2); при 1000 °С 50% молекул диссоциирует, энергия диссоциации около
155±4 кдж/моль (37±1 ккал/моль). Фтор плохо растворим в жидком фтористом
водороде; растворимость 2,5*10-3 г в 100 г НF при -70 °С и 0,4*10-3 г при -20
°С; в жидком виде неограниченно растворим в жидком кислороде и озоне.
Конфигурация внешних электронов атома фтора 2s2 2р5. В соединениях проявляет
степень окисления -1. Ковалентный радиус атома 0,72А, ионный радиус 1,33А.
Сродство к электрону 3,62 эв, энергия ионизации (F ® F+) 17,418 эв. Высокими значениями сродства к электрону и энергии
ионизации объясняется сильная электроотрицательность атома фтора, наибольшая
среди всех других элементов. Высокая реакционная способность фтора
обусловливает экзотермичность фторирования, которая, в свою очередь,
определяется аномально малой величиной энергии диссоциации молекулы фтора и
большими величинами энергии связей атома фтора с другими атомами. Прямое
фторирование имеет цепной механизм и легко может перейти в горение и взрыв.
Фтор реагирует се всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. С кислородом
взаимодействует в тлеющем разряде, образуя при низких температурах фториды
кислорода О2Р3, О3F2 и др. Реакции фтора с другими галогенами экзотермичны, в
результате образуются межгалогенные соединения. Хлор взаимодействует с фтором
при нагревании до 200-250 °С, давая монофтористый хлор СlF и
трехфтористый хлор СlF3. Известен также СlF3, получаемый фторированием СlF3 при
высокой температуре и давлении 25 Мн/м2 (250 кгс/см2). Бром и иод
воспламеняются в атмосфере фтора при обычной темпере, при этом могут быть
получены BrF3, BrF5, IF5, IF7. Фтор непосредственно реалирует с
криптоном, ксеноном и радоном, образуя соответствующие фториды (например, ХeF4,
ХеF6, КrF2). Известны также оксифторид и ксенона.
Взаимодействие фтора с серой сопровождается выделением
тепла и приводит к образованию многочисленных фторидов серы Селен и теллур
образуют высшие фториды SеF6 и ТеF6. Фтор с водородом реагируют с
воспламенением; при этом образуется фтористый водород. Фтор с азотом реагирует
лишь в электрическом разряде. Древесный уголь при взаимодействии с фтором
воспламеняется при обычной температуре; графит реагирует с ним при сильном
нагревании, при этом возможно образование твердого фтористого графита или
газообразных перфторуглеродов CF4 и C2F6. С бромом, кремнием, фосфором,
мышьяком фтор взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды.
Фтор энергично соединяется с большинством металлов;
щелочные и щелочно-земельные металлы воспламеняются в атмосфере фтора на
холоду, Bi, Sn, Ti, Мо, W - при незначительном нагревании. Hg,
Pb, U, V реагируют с фтором при комнатной температуре, Pt - при температуре тёмно-красного каления. При взаимодействии металлов с
фтором образуются, как правило, высшие фториды, например UF6, MoF6, HgF2. Некоторые металлы (Fe, Сu,
Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с фтором с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей
дальнейшей реакции.
При взаимодействии фтора с окислами металлов на холоду
образуются фториды металлов и кислород; возможно также образование оксифторидов
металлов (например, MoO2F2). Окислы неметаллов либо присоединяют
фтор, например SO2 + F2 = SO2F2, либо кислород в них замещается на фтор,
например SiO2 + 2F2 =
SiF4 + О2.
Стекло очень медленно реагирует с фтором; в присутствии воды реакция идёт
быстро. Вода взаимодействует с фтором: 2Н2О + 2F2 = 4HF + О2; при этом образуется также OF2 и перекись водорода Н2О2. Окислы азота NO и NО2 легко присоединяют фтор с образованием
соответственно фтористого нит-розила
FNO и
фтористого нитрила FNО2. Окись углерода присоединяет фтор при
нагревании с образованием фтористого карбонила: СО + F2 = COF2.
Гидроокиси металлов реагируют с фтором, образуя фторид металла
и кислород, например 2Ва(ОН)2 +
2F2 = 2ВаF2 +
2Н2О + О2. Водные растворы
NaOH и КОН
реагируют с фтором при О °С с образованием OF2.
Галогениды металлов или неметаллов взаимодействуют с
фтором на холоду, причем фтор замешает все галогены.
Легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды
металлов образуют с фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N2 и
HF. Фтор
замещает водород в кислотах или металлы в их солях, например НNО3 (или NaNO3) +
F2 ®
FNO3 + HF (или NaF); в более жестких условиях фтор вытесняет кислород из этих
соединений, образуя сульфурилфторид. Карбонаты щелочных и щелочноземельных
металлов реагируют с фтором при обычной температуре; при этом получаются
соответствующий фторид, СО2 и О2.
Фтор энергично реагирует с органическими веществами.
Получение.
Источником для производства фтора служит фтористый
водород, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H2SO4 на
флюорит CaF2, либо при переработке апатитов и
фосфоритов. Производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого
фторида калия, который образуется при насыщении
расплава KF*HF фтористым водородом до содержания
40-41% HF. Материалом для электролизера обычно служит сталь; электроды -
угольный анод и стальной катод. Электролиз ведется при 95-100 °С и напряжении
9-11 в; выход фтора по току достигает 90-95%. Получающийся фтор содержит до 5%
HF, который удаляется вымораживанием с последующим поглощением фторидом натрия.
Фтор хранят в газообразном состоянии (под давлением) и в жидком виде (при охлаждении
жидким азотом) в аппаратах из никеля и сплавов на его основе, из меди, алюминия
и его сплавов, латуни нержавеющей стали.
Применение.
Газообразный фтор служит для фторирования UF4 в UF6,
применяемого для изотопов разделения урана, а также для получения
трех-фтористого хлора СlF3 (фторирующий агент), шестифтористой серы SF6
(газообразный изолятор в электротехнической промышленности), фторидов металлов
(например, W и V). Жидкий фтор - окислитель ракетных топлив.
Широкое применение получили многочисленные соединения
фтора - фтористый водород, алюминия фторис), кремне-фториды, фторсульфоновая
кислота (растворитель, катализатор, реагент для получения органических
соединений, содержащих группу - SO2F), ВF3 (катализатор), фторорганические
соединения и др.
Техника безопасности.
Фтор токсичен, предельно допустимая концентрация его в
воздухе примерно 2*10-4 мг/л, а предельно допустимая концентрация при
экспозиции не более 1 ч составляет 1,5*10-3 мг/л.
Фтор в организме.
Фтор постоянно входит в состав животных и растительных
тканей; микроэлементов. В виде неорганических соединений содержится главным
образом в костях животных и человека - 100-300 мг/кг; особенно много фтора в
зубах. Кости морских животных богаче фтором по сравнению с костями наземных.
Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой,
оптимальное содержание фтора в которой 1-1,5 мг/л. При недостатке фтора у
человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении - флюороз.
Высокие концентрации ионов фтора опасны ввиду их способности к ингибированию
ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом
отношении элементов (Р, Са, Мg и др.), нарушающему их баланс в организме.
Органические производные фтора обнаружены только в некоторых растениях (например,
в южноафриканском Dicha petalum cymosum). Основные из них - производные
фторуксусной кислоты, токсичные как для других растений, так и для животных.
Биологическая роль изучена недостаточно. Установлена связь обмена фтора с
образованием костной ткани скелета и особенно зубов. Необходимость фтора для
растений не доказана.
Отравления фтором возможны у работающих в
химической промышленности, при синтезе фторосодержащих соединений и
производстве фосфорных удобрений. Фтор раздражает дыхательные пути, вызывает
ожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочек гортани
и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения; в тяжелых случаях - отек
легких, поражение центр, нервной системы и др.; при хроническом - конъюнктивит,
бронхит, пневмония, пневмо-склероз, флюороз. Характерно поражение кожи типа
экземы. Первая помощь: промывание глаз водой, при ожогах кожи - орошение
70%-ным спиртом; при ингаляционном отравлении - вдыхание кислорода.
Профилактика: соблюдение правил техники безопасности, ношение специальной
одежды, регулярные медицинские осмотры, включение в пищевой рацион кальция,
витаминов.
Препараты, содержащие фтор, применяют в медицинской
практике в качестве противоопухолевых (5-фторурацил, фторафур, фтор-бензотэф),
нейролептических (трифлу-перидол, или триседил, фторфеназин, трифтазин и др.),
антидепрессивных (фторацизин), наркотическиз (фторотан) и других средств.
Чем опасны соли фторидов на производстве по технике безопасности. Реферат на тему роль фтора при стоматологических заболеваниях. Радиус аниона фтора по отношению к радиусу атома фтора. Изотоп фтора наиболее распространённый в природе. Получение плавиковой кислоты фтористый натрий. Определение фтора в биологических субстратах. Фтористый водород влияние фтора на организм. Материал оборудования производства фторидов. Реферат на тему роль фтора в стоматологии. Фтор краткое характеристика гидроксид. Водородное соединение фтора уравнение. Взаимодействие фтора с парами воды. При взаимодействии фтора с железом. Качественная реакция на ион фтора. Уравнение реакции серы с фтором.