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 Мнм2, или 1 кгссм2 - газ бледно-желтого цвета с резким запахом. Природный фтор состоит из одного стабильного изотопа 19F. Искусственно получены пять радиоактивных изотопов 16F с периодом полураспада Т12 1 сек, 17FТ12 70 сек, 18F Т12 111 мин, 20F Т12 11,4 сек, 21FТ12 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 6,2510-2 по массе в кислых изверженных породах гранитах оно составляет 810-2, в основных - 3,710-2, 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 гл 0 С и 0,1 Мнм2, или 1 кгссм2, жидкий - 1,5127 гсм3 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 1554 кджмоль 371 ккалмоль.

Фтор плохо растворим в жидком фтористом водороде растворимость 2,510-3 г в 100 г НF при -70 С и 0,410-3 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 Мнм2 250 кгссм2. 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 тмно-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 плнки 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 идт 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 2ВаОН2 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 KFHF 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 210-4 мгл, а предельно допустимая концентрация при экспозиции не более 1 ч составляет 1,510-3 мгл. 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 мгкг 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 мгл. 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.