Фтор

Фтор

Химический элемент

Жёлтая жидкость (при очень низких температурах), бесцветный газ (в толстых слоях — зеленовато-жёлтый)

Символ, номер: F, 9

Атомная масса: 18,9984032 а.е.м.

Электронная конфигурация: [He] 2s² 2p⁵

Электроотрицательность: 3,98 по шкале Поллинга

Степени окисления: -1; 0

Температура плавления: -219,70 °C

Температура кипения: -188,12 °C

Молярная теплоёмкость: Дж/(K·моль)

Структура кристаллической решетки: моноклинная

Теплопроводность: (300 K) 0,028 Вт/(м·К)

Фтор. Документальный фильм [9:40]

Химия 70. Химические свойства фтора — Академия занимательных наук

Фтор — химический элемент № 9 Периодической таблицы Менделеева, принадлежит группе галогенов.

Характеристика[править]

Простое вещество — фтор — бледно-желтый двухатомный газ F₂ со специфическим резким запахом. Температура плавления −219,62 °С. Имеет исключительно высокую химическую активность и образует соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. Взаимодействие с многими элементами, оксидами и солями, водой протекает очень энергично, а с водородом и углеводородами — часто со взрывом. Фтор очень ядовит. ПДК 0,15 мг/м³. Среднее содержание фтора в земной коре 6,25· 10⁻² %. Фтор выносится с верхней мантии преимущественно со щелочной базальтовой и ультрабазитовой магмой. Важнейшие минералы, обогащенные фтором: флюорит CaF₂ (47,81-48,8 %), фторапатит (до 3,8 %), слюда (0,1-3,5 %), амфиболы (0,1-3,5 %), вилиомит (45,24 %), топаз (13,01-20,45 %), сфен (0,1-1,35 %), криолит (54,4 %).

Получают фтор электролизом HF в среде расплавленного КН₂F₃ или KHF₂.

Применение в технике находят фтороорганические соединения, характеризующихся высокой термической и химической стойкостью.

История[править]

Первая соединение фтора — флюорит (плавиковый шпат) CaF₂ — описано в конце XV века под названием «флюоро». В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту. Как один из атомов плавиковой кислоты элемент фтор был предсказан в 1810 году, но выделен в свободном виде только 76 лет спустя Анри Муассаном в 1886 году при электролизе жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примеси кислого фторида калия KHF₂.

Происхождение названия[править]

Название «фтор» (от греч. φθόρος — разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, используется только в греческом (Φθόριο) и восточно-славянских языках, а также в языках, которые позаимствовали это название с русского (например, в чувашском, таджикском или монгольском).

Распространение в природе[править]

Фтор достаточно распространен в природе. Процентное содержание его в земной коре приближается к содержанию таких элементов, как азот, сера, хром, марганец и фосфор. Промышленное значение имеют, однако, только два фтористых минерала — плавиковый шпат и криолит. Кроме того, фтор входит в сравнительно небольшом количестве в состав апатитов. При переработке природных фосфатов на искусственные удобрения в качестве побочных продуктов получают фтористые соединения.

Относительно богаты фтором растения чечевица и лук.

Содержанием в почве фтор обязан вулканическим газам, за счет того, что в их состав обычно входит большое количество фтороводорода.

Получение[править]

Источником для производства фтора служит фтористый водород HF, получаемый в основном или при воздействии серной кислоты H₂SO₄ на флюорит CaF₂, или при переработке апатитов и фосфоритов.

Производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого флюорита калия KF·3HF, который образуется при насыщении расплава KF·3HF фтористым водородом до содержания 40-41 % HF.

Химические свойства[править]

Фтор образует соединения прямо или косвенно, со всеми другими элементами, включая некоторые инертные газы. С водородом фтор соединяется даже при −252 °C. При этой температуре водород превращается в жидкость, а фтор затвердевает, и все же реакция идет с таким сильным выделением тепла, что происходит взрыв.

Долгое время не было известно соединение фтора с кислородом, но в 1927 г. французским химикам удалось получить дифторид кислорода, что образуется при действии фтора на слабый раствор щелочи:

2F₂ + 2NaOH = 2NaF + OF₂ + H₂O

Хранение[править]

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.

Фтор обладает уникальной способностью проявляться по запаху при концентрации 0,02 мг/м³, которая в 7,5 раза ниже принятой предельно допустимой.

Применение[править]

Газообразный фтор служит для фторирования UF₄ в UF₆, применяемого для разделения изотопов урана, а также для получения трифтористого хлора ClF₃ (фторирующий агент и мощный окислитель ракетного топлива), шестифтористой серы SF₆ (газообразный изолятор в электротехнической промышленности).

Жидкий фтор и жидкий оксид фтора используют в качестве окислителя ракетного топлива. То же относится к производным — тетрафлуоргидразину и трифлуористому азоту (причем последний позволяет при сжигании в его атмосфере различных топлив получать очень высокие температуры).

Биологическая роль[править]

Основная роль в организме — участие в костеобразовании и процессах формирования дентина и зубной эмали. Также фтор стимулирует кроветворную систему и иммунитет, участвует в развитии скелета, стимулирует репаративные процессы при переломах костей. Предупреждает развитие сенильного остеопороза. Основные концентрации фтора в организме человека: в зубах — 246—560 мг/кг, в костях — 200—490 мг/кг, в мышцах — 2-3 мг/кг.

Суточная потребность взрослого человека составляет 2-3 мг фтора. С продуктами питания взрослый человек получает в среднем 0,8 мг фтора в сутки. Наибольшее количество фтора из продуктов содержит рыба (треска, сом), орехи, печень. Основное количество фтора поступает в организм с водой. Обычная питьевая вода содержит 1 мг фтора на 1 л. Недостаток поступления фтора в организм является одним из экзогенных этиологических факторов кариеса зубов, особенно в период их прорезывания и минерализации. В районах с низким содержанием фтора в воде проводится фторирование воды до оптимального содержания фтора — 1 мг/л. Избыточное поступление фтора в организм с водой в основном носит эндемический характер и возникает в той местности, где содержание фтора в воде превышает 2 мг/л. Приводит к возникновению флюороза, который поражает в основном постоянные зубы людей. Токсическое действие фтора также может проявляться ингибированием многих ферментных систем. Для снижения содержания фтора в такой воде проводят ее дефторирование. Фтор входит в состав ряда комплексов поливитаминов.

Литература[править]

Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
Горный энциклопедический словарь: в 3 т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Восточный издательский дом, 2001—2004.