Fluoras yra cheminis elementas (simbolis F, atominis skaičius 9), nemetalas, priklausantis halogenų grupei. Tai aktyviausia ir elektronegatyviausia medžiaga. Esant normaliai temperatūrai ir slėgiui, fluoro molekulė yra šviesiai geltonos nuodingos dujos, kurių formulė F2. Kaip ir kiti halogenidai, molekulinis fluoras yra labai pavojingas ir, patekęs ant odos, sukelia stiprius cheminius nudegimus.
Naudoti
Fluoras ir jo junginiai plačiai naudojami, įskaitant vaistų, agrocheminių medžiagų, degalų ir tepalų bei tekstilės gaminių gamyboje. Vandenilio fluorido rūgštis naudojama stiklui ėsdinti, o fluoro plazma – puslaidininkiams ir kitoms medžiagoms gaminti. Mažos F jonų koncentracijos dantų pastoje ir geriamajame vandenyje gali padėti išvengti dantų ėduonies, o didesnė koncentracija yra kai kuriuose insekticiduose. Daugelis bendrųjų anestetikų yra hidrofluorangliavandenilių dariniai. Izotopas 18F yra pozitronų š altinis medicinos reikmėms gautipozitronų emisijos tomografija, o urano heksafluoridas naudojamas urano izotopams atskirti ir prisodrintam uranui atominėms elektrinėms gaminti.
Atradimų istorija
Mineralai, kurių sudėtyje yra fluoro junginių, buvo žinomi daugelį metų prieš šio cheminio elemento išskyrimą. Pavyzdžiui, mineralinis fluoras (arba fluoritas), susidedantis iš kalcio fluorido, buvo aprašytas 1530 m. George'o Agricola. Jis pastebėjo, kad jis gali būti naudojamas kaip srautas – medžiaga, kuri padeda sumažinti metalo ar rūdos lydymosi temperatūrą ir padeda išvalyti norimą metalą. Todėl fluoras gavo lotynišką pavadinimą iš žodžio fluere („tekėti“).
1670 m. stiklo pūstuvas Heinrichas Schwanhardas atrado, kad stiklas buvo išgraviruotas veikiant kalcio fluoridui (fluoršpatui), apdorotam rūgštimi. Carl Scheele ir daugelis vėlesnių tyrinėtojų, įskaitant Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, eksperimentavo su vandenilio fluorido rūgštimi (HF), kurią nesunku gauti apdorojant CaF koncentruota sieros rūgštimi.
Galų gale tapo aišku, kad HF yra anksčiau nežinomas elementas. Tačiau dėl pernelyg didelio reaktyvumo šios medžiagos nepavyko išskirti daugelį metų. Jį ne tik sunku atskirti nuo junginių, bet ir iš karto reaguoja su kitais jų komponentais. Elementinio fluoro išskyrimas iš fluoro vandenilio rūgšties yra labai pavojingas, o ankstyvieji bandymai apakino ir nužudė keletą mokslininkų. Šie žmonės tapo žinomi kaip „kankiniai“.fluoras.“
Atradimas ir gamyba
Galiausiai 1886 m. prancūzų chemikas Henri Moissan sugebėjo išskirti fluorą išlydyto kalio fluoridų ir vandenilio fluorido mišinio elektrolizės būdu. Už tai 1906 metais jam buvo įteikta Nobelio chemijos premija. Jo elektrolitinis metodas ir toliau naudojamas pramoninei šio cheminio elemento gamybai.
Pirmoji didelio masto fluoro gamyba prasidėjo Antrojo pasaulinio karo metais. Jis buvo reikalingas vienam iš atominės bombos kūrimo etapų kaip Manheteno projekto dalis. Fluoras buvo naudojamas urano heksafluoridui gaminti (UF6), kuris savo ruožtu buvo naudojamas dviem izotopams 235U iratskirti vienas nuo kito. 238U. Šiandien prisodrintam uranui branduolinei energijai gaminti reikia dujinio UF6.
Svarbiausios fluoro savybės
Periodinėje lentelėje elementas yra 17 grupės (buvusios 7A grupės), kuri vadinama halogenu, viršuje. Kiti halogenai yra chloras, bromas, jodas ir astatinas. Be to, F yra antrame periode tarp deguonies ir neono.
Grynas fluoras yra ėsdinančios dujos (cheminė formulė F2), turinčios būdingą aštrų kvapą, kurio koncentracija yra 20 nl viename litre tūrio. Būdamas reaktyviausias ir elektronegatyviausias iš visų elementų, jis lengvai sudaro junginius su dauguma jų. Fluoras yra per daug reaktyvus, kad egzistuotų elementine forma, ir turi tokįgiminingumas su dauguma medžiagų, įskaitant silicį, todėl jo negalima paruošti arba laikyti stikliniuose induose. Drėgname ore jis reaguoja su vandeniu, sudarydamas ne mažiau pavojingą vandenilio fluorido rūgštį.
Fluoras, sąveikaudamas su vandeniliu, sprogsta net esant žemai temperatūrai ir tamsoje. Jis smarkiai reaguoja su vandeniu, sudarydamas vandenilio fluorido rūgštį ir deguonies dujas. Įvairios medžiagos, įskaitant smulkiai išsklaidytus metalus ir stiklus, dega ryškia liepsna dujinio fluoro srove. Be to, šis cheminis elementas sudaro junginius su tauriosiomis dujomis kriptonu, ksenonu ir radonu. Tačiau jis tiesiogiai nereaguoja su azotu ir deguonimi.
Nepaisant ypatingo fluoro aktyvumo, dabar atsirado saugaus jo tvarkymo ir transportavimo būdų. Elementas gali būti laikomas plieniniuose arba moneliniuose (daug nikelio lydinio) konteineriuose, nes ant šių medžiagų paviršiaus susidaro fluoridai, kurie neleidžia toliau reaguoti.
Fluorai yra medžiagos, kuriose fluoras yra neigiamo krūvio jonų pavidalu (F-) kartu su kai kuriais teigiamai įkrautais elementais. Fluoro junginiai su metalais yra vienos iš stabiliausių druskų. Ištirpę vandenyje, jie suskirstomi į jonus. Kitos fluoro formos yra kompleksai, pavyzdžiui, [FeF4]- ir H2F+.
Izotopai
Yra daug šio halogeno izotopų, nuo 14F iki 31F. Tačiau fluoro izotopinė sudėtis apima tik vieną iš jų,19F, kuriame yra 10 neutronų, nes jis vienintelis yra stabilus. Radioaktyvusis izotopas 18F yra vertingas pozitronų š altinis.
Biologinis poveikis
Fluoras organizme daugiausia randamas kauluose ir dantyse jonų pavidalu. Remiantis JAV Nacionalinės mokslų akademijos Nacionalinės tyrimų tarybos duomenimis, geriamojo vandens fluoravimas, kurio koncentracija mažesnė nei viena milijoninė dalis, žymiai sumažina karieso dažnį. Kita vertus, per didelis fluoro kaupimasis gali sukelti fluorozę, kuri pasireiškia margais dantimis. Šis poveikis paprastai pastebimas tose vietose, kur šio cheminio elemento kiekis geriamajame vandenyje viršija 10 ppm.
Elementinis fluoras ir fluoro druskos yra toksiški ir su jais reikia elgtis labai atsargiai. Reikia atsargiai vengti sąlyčio su oda ar akimis. Reakcija su oda gamina vandenilio fluorido rūgštį, kuri greitai prasiskverbia į audinius ir reaguoja su kauluose esančiu kalciu, visam laikui juos pažeisdama.
Aplinkos fluoras
Metinė pasaulyje mineralinio fluorito gamyba yra apie 4 mln. tonų, o bendras ištirtų telkinių pajėgumas siekia 120 mln. tonų. Pagrindinės šio mineralo kasybos sritys yra Meksika, Kinija ir Vakarų Europa.
Fluoras natūraliai randamas žemės plutoje, kur jo galima rasti uolienose, anglyse ir molyje. Fluorai į orą patenka dėl dirvožemio vėjo erozijos. Fluoras yra 13-as pagal gausumą cheminis elementas žemės plutoje – jo kiekislygus 950 ppm. Dirvožemyje jo vidutinė koncentracija yra apie 330 ppm. Vandenilio fluoridas gali patekti į orą dėl pramoninio degimo procesų. Ore esantys fluoridai nukrenta ant žemės arba į vandenį. Kai fluoras jungiasi su labai mažomis dalelėmis, jis gali likti ore ilgą laiką.
Atmosferoje 0,6 milijardosios šio cheminio elemento yra druskos rūko ir organinių chloro junginių pavidalu. Miesto zonose koncentracija siekia 50 dalių milijardui.
Ryšiai
Fluoras yra cheminis elementas, kuris sudaro daugybę organinių ir neorganinių junginių. Chemikai gali juo pakeisti vandenilio atomus, taip sukurdami daug naujų medžiagų. Labai reaktyvus halogenas sudaro junginius su tauriosiomis dujomis. 1962 m. Neilas Bartlettas susintetino ksenono heksafluorplatinatą (XePtF6). Taip pat buvo gauti kriptono ir radono fluoridai. Kitas junginys yra argono fluorhidridas, kuris yra stabilus tik esant ypač žemai temperatūrai.
Pramonės taikymas
Atominės ir molekulinės būsenos fluoras naudojamas plazminiam ėsdinimui puslaidininkių, plokščių ekranų ir mikroelektromechaninių sistemų gamyboje. Vandenilio fluorido rūgštis naudojama stiklui ėsdinti lempose ir kituose gaminiuose.
Fluoras kartu su kai kuriais jo junginiais yra svarbus komponentas gaminant vaistus, žemės ūkio chemikalus, kurą ir tepalusmedžiagos ir tekstilė. Cheminis elementas reikalingas halogenintų alkanų (halonų) gamybai, kurie, savo ruožtu, buvo plačiai naudojami oro kondicionavimo ir šaldymo sistemose. Vėliau toks chlorfluorangliavandenilių naudojimas buvo uždraustas, nes jie prisideda prie ozono sluoksnio sunaikinimo viršutiniuose atmosferos sluoksniuose.
Sieros heksafluoridas yra ypač inertiškos, netoksiškos dujos, kurios priskiriamos šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms. Be fluoro mažos trinties plastikų, tokių kaip teflonas, gamyba neįmanoma. Daugelis anestetikų (pvz., sevofluranas, desfluranas ir izofluranas) yra CFC dariniai. Natrio heksafluoraliuminatas (kriolitas) naudojamas aliuminio elektrolizei.
Fluoro junginiai, įskaitant NaF, naudojami dantų pastose, siekiant išvengti dantų ėduonies. Šios medžiagos pridedamos prie komunalinio vandens tiekimo siekiant užtikrinti vandens fluoravimą, tačiau dėl poveikio žmonių sveikatai ši praktika vertinama prieštaringai. Didesnėmis koncentracijomis NaF naudojamas kaip insekticidas, ypač kovojant su tarakonais.
Anksčiau fluoridai buvo naudojami siekiant sumažinti metalų ir rūdų lydymosi temperatūrą ir padidinti jų sklandumą. Fluoras yra svarbus komponentas gaminant urano heksafluoridą, kuris naudojamas jo izotopams atskirti. 18F, radioaktyvus izotopas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 110 minučių, skleidžia pozitronus ir dažnai naudojamas medicininėje pozitronų emisijos tomografijoje.
Fizikinės fluoro savybės
Pagrindinės charakteristikoscheminis elementas:
- Atominė masė 18,9984032 g/mol.
- Elektroninė konfigūracija 1s22s22p5.
- Oksidacijos būsena -1.
- Tankis 1,7 g/l.
- Lydymosi temperatūra 53,53 K.
- Virimo temperatūra 85,03 K.
- Šiluminė talpa 31,34 J/(K mol).
