Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Фтор



План:


Введення

Фтор - елемент 17-ї групи періодичної таблиці хімічних елементів (по застарілої класифікації - елемент головної підгрупи VII групи), другого періоду, з атомним номером 9 [3]. Позначається символом F ( лат. Fluorum ). Фтор - надзвичайно хімічно активний неметал і самий сильний окислювач, є найлегшим елементом з групи галогенів. Проста речовина фтор ( CAS-номер : 7782-41-4) при нормальних умовах - двоатомний газ (формула F 2) блідо-жовтого кольору з різким запахом, що нагадує озон або хлор. Дуже отруйний.


1. Історія

Перше з'єднання фтору - флюорит ( плавиковий шпат) CaF 2 - описано в кінці XV століття під назвою "флюоро". В 1771 Карл Шеєле отримав плавиковую кислоту.

Як один з атомів плавикової кислоти, елемент фтор був передбачений в 1810, а виділено у вільному вигляді лише 76 років потому Анрі муассаніт в 1886 електролізом рідкого безводного фтористого водню, що містить домішка кислого фториду калію KHF 2.


1.1. Походження назви

Назва "фтор" (від др.-греч. φθόρος - Руйнування), запропоноване Андре Ампером в 1810, вживається в російській і деяких інших мовах; в багатьох країнах прийняті назви, похідні від латинського "fluorum" (яке відбувається, в свою чергу, від fluere - "текти", по властивості сполуки фтору, флюориту (CaF 2), знижувати температуру плавлення руди й збільшувати текучість розплаву).


2. Поширення в природі

Вміст фтору в атомних процентах в природі показано в таблиці:

Об'єкт Зміст,
Грунт 0,02
Води річок 0,00002
Води океану 0,0001
Зуби людини [4] 0,01

У природі значущі скупчення фтору містяться в основному в мінералі флюорит (CaF 2), що містить за масою 51,2% Ca і 48,8% F.

Щодо багаті фтором рослини сочевиця і лук

Змістом в грунті фтор зобов'язаний вулканічним газам, за рахунок того, що до їх складу зазвичай входить велика кількість фтороводню.


3. Ізотопний склад

Фтор є моноізотопному елементом, оскільки в природі існує тільки один стабільний ізотоп фтору 19 F. Відомі ще 17 радіоактивних ізотопів фтору з масовим числом від 14 до 31, і один ядерний ізомер - 18 F m. Самим довгоживучим з радіоактивних ізотопів фтору є 18 F з періодом напіврозпаду 109,771 хвилини, важливе джерело позитронів, що використовується в позитрон-емісійної томографії.


3.1. Ядерні властивості ізотопів фтору

Ізотоп Відносна маса, а.е.м. Період напіврозпаду Тип розпаду Ядерний спін Ядерний магнітний момент
17 F 17,0020952 64,5 c β +-розпад в 17 O 5 / 2 4.722
18 F 18,000938 1,83 години β +-розпад в 18 O 1
19 F 18,99840322 Стабільний - 1 / 2 2.629
20 F 19,9999813 11 c β --розпад в 20 Ne 2 2.094
21 F 20,999949 4,2 c β --розпад в 21 Ne 5 / 2
22 F 22,00300 4,23 c β --розпад в 22 Ne 4
23 F 23,00357 2,2 c β --розпад в 23 Ne 5 / 2

3.2. Магнітні властивості ядер

Ядра ізотопу 19 F мають напівцілий спин, тому можливе застосування цих ядер для ЯМР -досліджень молекул. Спектри ЯМР-19 F є досить характеристично для фторорганічних сполук.

4. Електронна будова

Застосування методу МО для молекули F 2

Електронна конфігурація атома фтору наступна: 1s 2 2s 2 2p 5. Атоми фтору в сполуках можуть виявляти ступінь окислювання, рівну -1. Позитивні ступеня окислення в з'єднаннях не реалізуються, тому що фтор є електронегативний елементом.

Квантовохимический терм атома фтору - 2 P 3 / 2


4.1. Будова молекули

З точки зору теорії молекулярних орбіталей, будова двоатомної молекули фтору можна охарактеризувати такою діаграмою. У молекулі присутні 4 зв'язують орбіталі і 3 розпушують. Порядок зв'язку в молекулі дорівнює 1.

5. Кристалічна решітка

Кристалічна структура α-фтору (стабільна при атмосферному тиску)

Фтор утворює дві кристалічні модифікації, стабільні при атмосферному тиску:

  • α-фтор - існує при температурі менше 45,6 K, кристалічна решітка Моноклінна, просторова група C 2 / c, параметри a = 0,550 нм, b = 0,328 нм, c = 0,728 нм, β = 102,17 , Z = 4 [5] [6].
  • β-фтор - існує в інтервалі температур 45,6 53,53 K, кристалічна решітка кубічна, параметри a = 0,667 нм, Z = 8.

6. Отримання

Лабораторний метод отримання фтору

Промисловий спосіб отримання фтору включає видобуток і збагачення флюоритових руд, Сірчанокислотне розкладання їх концентрату з утворенням безводного HF і його електролітичне розкладання.

Для лабораторного отримання фтору використовують розкладання деяких з'єднань, але всі вони не зустрічаються в природі в достатній кількості і їх одержують за допомогою вільного фтору.


6.1. Лабораторний метод

  • У лабораторних умовах фтор можна отримувати за допомогою показаної установки. У мідний посудину 1, заповнений розплавом KF 3HF поміщають мідний посудину 2, що має отвори в дні. У посудині 2 поміщають товстий нікелевий анод. Катод поміщається в посудину 1. Таким чином, в процесі електролізу газоподібний фтор виділяється з трубки 3, а водень з трубки 4. Важливою вимогою є забезпечення герметичності системи, для цього використовують пробки з фториду кальцію з мастилом з оксиду свинцю (II) і гліцерину.
  • У 1986 році, під час підготовки до конференції з приводу святкування 100-річчя відкриття фтору, Карл Крісті відкрив спосіб чисто хімічного отримання фтору з використанням реакції під фтороводородной розчині K 2 MnF 6 і SbF 5 при 150 C [7] :
2K 2 MnF 6 + 4SbF 5 → 4KSbF 6 + 2MnF 3 + F 2
Хоча цей метод не має практичного застосування, він демонструє, що електроліз необов'язковий, крім того всі компоненти для даних реакцій можуть бути отримані без використання газоподібного фтору.

Також для лабораторного отримання фтору можна використовувати нагрівання фториду кобальту (III) до 300 С, розкладання фторидів срібла (занадто дорого) і деякі інші способи.


6.2. Промисловий метод

Промислове виробництво фтору здійснюється електролізом розплаву кислого фториду калію KF 3HF (часто з добавками фториду літію), який утворюється при насиченні розплаву KF фтористим воднем до вмісту 40-41% HF. Процес електролізу проводять при температурах близько 100 C в сталевих електролізерах зі сталевим катодом і вугільним анодом.


7. Фізичні властивості

Блідо-жовтий газ, у малих концентраціях запах нагадує одночасно озон і хлор, дуже агресивний і отруйний.

Фтор має аномально низьку температуру кипіння (плавлення). Це пов'язано з тим, що фтор не має d-підрівня і не здатний утворювати полуторні зв'язку, на відміну від інших галогенів (кратність зв'язку в інших галогенів приблизно 1,1) [8].

8. Хімічні властивості

Найактивніший неметал, бурхливо взаємодіє майже зі всіма речовинами крім, зрозуміло, фторидів у вищих ступенях окислення і рідкісних винятків - фторопластів, і з більшістю з них - з горінням і вибухом. До фтору при кімнатній температурі стійкі деякі метали за рахунок утворення щільної плівки фториду, гальмує реакцію з фтором - Al, Mg, Cu, Ni. Контакт фтору з воднем приводить до займання та вибуху навіть при дуже низьких температурах (до -252 C). В атмосфері фтору горять навіть вода і платина :

2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2

До реакцій, в яких фтор формально є відновником, відносяться реакції розкладання вищих фторидів, наприклад:

2CoF 3 → 2CoF 2 + F 2
MnF 4 → MnF 3 + 1 / 2 F 2

Фтор також здатний окислювати в електричному розряді кисень, утворюючи фторид кисню OF 2 і діоксідіфторід O 2 F 2.

У всіх з'єднаннях фтор виявляє ступінь окислення -1. Щоб фтор виявляв позитивну ступінь окислення, потрібне створення ексимерних молекул чи інші екстремальні умови. Це вимагає штучної іонізації атомів фтору [9].


9. Зберігання

Фтор зберігають в газоподібному стані (під тиском) і в рідкому вигляді (при охолоджуванні рідким азотом) в апаратах з нікелю і сплавів на його основі ( монель-метал), з міді, алюмінію і його сплавів, латуні, нержавіючої сталі (це можливо тому, що ці метали і сплави покриваються непереборної для фтору плівкою фторидів [10]).


10. Застосування

10.1. Застосування в хімії

Газоподібний фтор використовується для отримання:


10.2. Ракетна техніка

Сполуки фтору і сам фтор застосовуються в ракетній техніці як окислювачі ракетного палива.

10.3. Застосування в медицині

Фторовані вуглеводні (напр. перфтордекалін) застосовуються в медицині як кровозамінники. Існує безліч ліків містять фтор в структурі (фторотан, фторурацил і ін.)

11. Біологічна та фізіологічна роль

Фтор є життєво необхідним для організму елементом. В організмі людини фтор, в основному, міститься в емалі зубів у складі фторапатіта - Ca 5 F (PO 4) 3. При недостатньому (менше 0,5 мг / літр питної води) або надлишковому (більше 1 мг / літр) споживанні фтору організмом можуть розвиватися захворювання зубів: карієс і флюороз (крапка емалі) і остеосаркома, відповідно [11].

Малий вміст фтору руйнує емаль за рахунок вимивання фтору з фторапатіта з утворенням гідроксоапатіта, і навпаки.

Для профілактики карієсу рекомендується використовувати зубні пасти з добавками фторидів (натрію і / або олова) або вживати фторованих воду (до концентрації 1 мг / л), або застосовувати місцеві аплікації 1-2% розчином фториду натрію або фториду олова. Такі дії можуть скоротити ймовірність появи карієсу на 30-50%.

Гранично допустима концентрація пов'язаного фтору [12] в повітрі промислових приміщеннях дорівнює 0,0005 мг / літр повітря.


Література

  • Рисс І. Г. Хімія фтору і його неорганічних сполук. М. Госхіміздат, 1966 р. - 718 с.
  • Некрасов Б. В. Основи загальної хімії. (Видання друге, том 1) М. Хімія, 1973 р. - 656 с.
  • L. Pauling, I. Keaveny, and AB Robinson, J. Solid State Chem., 1970, 2, p. 225. англ. - Детальніше про кристалічній структурі фтору

Примітки

  1. http://www.xumuk.ru/nekrasov/vii-01.html - www.xumuk.ru/nekrasov/vii-01.html
  2. Редкол.: Зефиров Н. С. (гол. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т. - Київ: Велика Російська енциклопедія, 1999. - Т. 5. - С. 198.
  3. Таблиця Менделєєва - www.iupac.org / reports / periodic_table на сайті ІЮПАК
  4. Головним чином в емалі зубів
  5. Journal of Solid State Chemistry, Vol. 2, Issue 2, 1970, P. 225-227.
  6. J. Chem. Phys. 49, 1902 (1968)
  7. Грінвуд Н., Ерншо А. "Хімія елементів" т.2, М.: БІНОМ. Лабораторія знань, 2008 стор 147-148, 169 - хімічний синтез фтору
  8. Ахметов Н. С. "Загальна та неорганічна хімія".
  9. Енциклопедичний словник юного хіміка. Для середнього та старшого віку. Москва, Педагогіка-Прес. 1999 рік.
  10. Фтор в Популярною бібліотеці хімічних елементів - nt.ru/ri/ps/pb009.htm
  11. За даними National Toxicology Program
  12. у вигляді фторидів і фторорганічних сполук

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru