НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - : Фтор

: 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), 18F (Т1/2

= 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 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 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.