Каталог :: Химия

: Фтор

                                   ФТОР                                   
     ФТОР (лат. Fluorum), F - химический элемент
VII группы периодической си­стемы Менделеева, относится к галогенам, 
атомный номер 9, ат
омная 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 се
к), 18F1/2 
= 111 мин), 20F (Т1/2 
= 11,4 сек), 21F(Т1/2 
= 5 сек).
                          Историческая справка.                          
Первое соединение фтора - флюорит (плави­ковый шпат) Ca
F2 - описано в конце 15 века под наз
ванием "флюор" (от латинского 
fluo - теку, по свойству 
СаF2 делать жидкотекучими вя
зкие шлаки металлургических произ­водств). В 1771 К. 
Шееле получил плавиковую кислоту. Свободный фтор выделил А. 
Муассан в 1886 электролизом жидко­го безводного фтористого водорода, содер
­жащего 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), предложе
нное 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 2s25
. 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/м
2 (250 кгс/см2
). Бром и иод воспламеняются в атмосфере фтора при обычной темп
ере, при этом могут быть получены BrF3, BrF5, IF5
, IF7. Фтор непосредственно реалирует с криптоном
, ксеноном и радоном, образуя соответ­с
твующие 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 воспламенен
ием; при этом образуется фтористый водород. Фтор с азотом реагиру
ет лишь в электрическом разряде. Древесный уголь при взаи­модействии с
фтором воспламеняется при обычной температуре; граф
ит реагирует с ним при сильном нагревании, при э
том воз­можно образование твердого фтористого графита или газообразных 
перфторуглеродов CF4 и C2F6. С бромом, к
ремнием, фосфором, мышьяком фтор вз
аимо­действует на холоду, образуя соответст­вующие
фториды.
Фтор энергично соединяется 
с большинств
ом 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 Н2О
2. 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 соответствующи
й 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 у
даляется вымораживанием с последующим погло­
щением фторидом натрия. Фтор хран
ят 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.