Fluori | ||||
---|---|---|---|---|
← Happi | Neon → | ||||
| ||||
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö | ||||
nestemäistä fluoria | ||||
Atomin ominaisuudet | ||||
Nimi, symboli, numero | Fluori/fluori (F), 9 | |||
Ryhmä , jakso , lohko |
17 (vanhentunut 7), 2, p-elementti |
|||
Atomimassa ( moolimassa ) |
18.998403163(6) [1] a. e. m ( g / mol ) | |||
Elektroninen konfigurointi |
[Hän] 2s 2 2p 5 1s 2 2s 2 2p 5 |
|||
Atomin säde | klo 73 illalla | |||
Kemiallisia ominaisuuksia | ||||
kovalenttinen säde | klo 72 | |||
Ionin säde | (−1e)133 pm | |||
Elektronegatiivisuus | 3,98 (Pauling-asteikko) | |||
Elektrodin potentiaali | 2,87 V | |||
Hapetustilat | -1, 0 | |||
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni) |
1680,0 (17,41) kJ / mol ( eV ) | |||
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet | ||||
Tiheys ( n.a. ) |
Kaasu: 1,696 0 g/l Neste: 1,516 -188 g/cm 3 , Kiinteä faasi: 1,7 -228 g/cm 3 [2] tai 1,810 -225 [3] g/cm³ |
|||
Sulamislämpötila | 53,53 K (−219,70 °C) [2] | |||
Kiehumislämpötila | 85,03 K (−188,12 °C) [2] | |||
Kriittinen piste | 144,4 K , 5,215 MPa | |||
Oud. sulamisen lämpöä | (F-F) 0,5104 kJ/mol | |||
Oud. haihtumislämpö | (F-F) 6,544 kJ/mol | |||
Molaarinen lämpökapasiteetti | 31,34 [2] J/(K mol) | |||
Molaarinen tilavuus | 22,4⋅10 3 cm³ / mol | |||
Yksinkertaisen aineen kidehila | ||||
Hilarakenne |
monokliininen ( a -fluori); Kuutio ( β -fluori) [3] |
|||
Hilan parametrit |
a -fluori: p = 102,088(18)° ; a = 5,4780(12) Å ; b = 3,2701(7) Å ; c = 7,2651(17) Å [3] . β -fluori: a = 5,5314(15) [3] |
|||
Muut ominaisuudet | ||||
Lämmönjohtokyky | (300 K) 0,028 W/(m K) | |||
CAS-numero | 7782-41-4 |
9 | Fluori |
F18,9984 | |
2s 2 2p 5 |
Fluori ( kemiallinen symboli - F , vanhentunut fluori ; lat. Fluorum ) - kemiallisen jaksollisen järjestelmän toisen ajanjakson 17. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - seitsemännen ryhmän pääalaryhmä, VIIA) D. I. Mendelejevin elementtejä , joiden atominumero on 9.
Se on reaktiivisin ei-metallinen ja vahvin hapetin. Fluori kuuluu halogeenien ryhmään ja on tämän ryhmän kevyin alkuaine.
Yksinkertaisena aineena ( normaaliolosuhteissa ) fluori on kaksiatominen kaasu (kaava - F 2 ), jonka väri on vaalean keltainen ja jolla on pistävä haju , joka muistuttaa otsonia tai klooria . Kryogeenisissä lämpötiloissa se on keltainen neste, väritön kaasu (paksuissa kerroksissa vihertävän keltainen, n.a. ) .
Erittäin myrkyllinen . Sillä on poikkeuksellisen korkea syövyttävä aktiivisuus.
Ensimmäinen fluoriyhdiste, fluoriitti (fluorisälpä) Ca F 2 , kuvattiin 1400-luvun lopulla nimellä "fluori". Vuonna 1771 Carl Scheele sai fluorivetyhappoa . Käsiteltäessä fluoriittimineraalia CaF 2 rikkihapolla hän eristi HF :n vesiliuoksen muodossa. Tätä tapahtumaa pidetään kemian historiassa fluorin löydöksenä. Kloorianalogiaa ehdotti vuonna 1810 André Ampère , jota tuki Humphrey Davy . Davy tutki lasin liukenemista fluorivetyhappoon.
Kemiallisena alkuaineena, joka on osa fluorivetyhappoa, fluori ennustettiin vuonna 1810 , ja Henri Moissan eristi sen vapaassa muodossa vasta 76 vuotta myöhemmin vuonna 1886 nestemäisen vedettömän fluorivedyn elektrolyysillä , joka sisälsi happaman kaliumfluoridin KHF 2 -seoksen .
André Ampèren vuonna 1816 [4] ehdottama nimi "fluori" ( muista kreikan sanoista φθόριος 'tuhoava') on käytössä venäjässä, kreikassa ja joissakin muissa kielissä. Monissa muissa maissa käytetään nimiä, jotka on johdettu mineraalifluoriitin CaF 2 muinaisista nimistä , mikä puolestaan johtuu sen kyvystä alentaa metallurgisen kuonan sulamispistettä, joka muodostuu metallien pelkistämisen aikana malmeista ja lisätä sen juoksevuutta ( latina fluere 'virtaus') : esimerkiksi sama Ampère ehdotti Davylle 26. elokuuta 1812 päivätyssä kirjeessään sanaa fluori, joka kirjeen vastaanottajan ansiosta on tullut lujasti englannin kieleen .
Fluorin pitoisuus atomiprosentteina luonnossa on esitetty taulukossa:
Esine | Sisältö, % |
---|---|
Maaperä | 0,02 |
Jokien vedet | 0,00002 |
valtamerten vedet | 0,0001 |
Ihmisen hampaat [5] | 0,01 |
Luonnossa merkittäviä fluorin kertymiä löytyy pääasiassa mineraalifluoriitista (CaF 2 ), joka sisältää 51,2 painoprosenttia Ca ja 48,8 painoprosenttia F. Clark maankuoressa on 650 g/t.
Kasveista linssit ja sipulit ovat suhteellisen runsaasti fluoria .
Fluori kerääntyy maaperään vulkaanisen toiminnan seurauksena , ja vulkaaniset kaasut sisältävät yleensä suuria määriä fluorivetyä .
Normaaleissa olosuhteissa se on vaaleankeltaista kaasua. Pieninä pitoisuuksina ilmassa sen haju muistuttaa sekä otsonia että klooria. Erittäin aggressiivinen ja erittäin myrkyllinen.
Fluorilla on epätavallisen alhainen kiehumispiste (85,03 K, -188,12 °C) ja sulamispiste (53,53 K, -219,70 °C) [2] . Tämä johtuu siitä, että fluorilla ei ole d-alatasoa eikä se pysty muodostamaan puolitoista sidosta , toisin kuin muut halogeenit (sidoskerroin muissa halogeeneissa on noin 1,1) [6] .
Sulamispisteen alapuolella se muodostaa vaaleankeltaisia kiteitä [7] [8] .
Fluoriatomin elektroninen konfiguraatio: 1s 2 2s 2 2p 5 .
Yhdisteiden fluoriatomien hapetusaste voi olla -1. Yhdisteiden positiivisia hapetusasteita ei tunneta, koska fluori on elektronegatiivisin alkuaine.
Fluoriatomin kvanttikemiallinen termi on 2 P 3/2 .
Molekyylin rakenneMolekyyliorbitaalien teorian näkökulmasta diatomisen fluorimolekyylin rakennetta voidaan luonnehtia seuraavalla kaaviolla. Molekyylissä on 4 sidosorbitaalia ja 3 irtoavaa orbitaalia. Sidosjärjestys molekyylissä on 1.
Fluori muodostaa molekyylikiteitä kahdella kidemuunnelmalla, jotka ovat stabiileja ilmakehän paineessa:
Näiden fluorin kiteisten faasien välinen faasisiirtymä on eksotermisempää kuin nestemäisen fluorin jähmettyminen. Ortorombisen syngonian faasia ei löydetty kiinteästä fluorista, toisin kuin kaikista muista halogeeneista. α - fluorimolekyylit ovat suunnaltaan epäsäännöllisiä. F–F-sidoksen pituus molekyyleissä on 0,1404(12) nm [3] .
Jopa näin alhaisissa lämpötiloissa fluorikiteiden vuorovaikutus monien aineiden kanssa johtaa räjähdykseen [8] .
Fluori on monoisotooppinen alkuaine: luonnossa on vain yksi stabiili fluorin isotooppi 19 F. Fluorilla on 17 muuta radioaktiivista isotooppia, joiden massaluku on 14-31, ja yksi ydinisomeeri - 18 m F. Radioaktiivisista isotooppi on pisin. Fluorin isotoopit on 18 F ja puoliintumisaika 109,771 minuuttia, tärkeä positronien lähde, jota käytetään positroniemissiotomografiassa .
Fluori-isotooppien ydinominaisuudetIsotooppi | Suhteellinen massa, a. syödä. | Puolikas elämä | Hajoamisen tyyppi | ydinspin | Ydinmagneettinen momentti |
---|---|---|---|---|---|
17F _ | 17.0020952 | 64,5 s | β + -hajoaminen 17 O :ksi | 5/2 | 4.722 |
18F _ | 18.000938 | 1,83 tuntia | β + -hajoaminen 18 O :ksi | yksi | |
19F _ | 18,99840322 | vakaa | — | 1/2 | 2.629 |
20F _ | 19,9999813 | 11 s | β − -hajoaminen 20 Ne : ssä | 2 | 2,094 |
21F _ | 20,999949 | 4,2 s | β − hajoaminen 21 Ne :ssä | 5/2 | |
22F _ | 22.00300 | 4,23 s | β − -hajoaminen 22 Ne :ssä | neljä | |
23F _ | 23.00357 | 2,2 s | β − hajoaminen 23 Ne :ssä | 5/2 |
19F - isotoopin ytimillä on puolikokonaisluvun spin, joten näitä ytimiä voidaan käyttää molekyylien NMR - tutkimuksiin. 19F NMR-spektrit ovat varsin tyypillisiä organofluoriyhdisteille.
Aktiivisin ei-metallinen vuorovaikuttaa kiivaasti lähes kaikkien aineiden kanssa (paitsi korkeammissa hapetusasteissa olevia fluorideja ja harvinaisia poikkeuksia - fluorimuoveja ) ja useimpien kanssa - palamisen ja räjähdyksen kanssa.
Muodostaa yhdisteitä kaikkien kemiallisten alkuaineiden kanssa paitsi heliumin ja neonin kanssa . Tunnetaan vain kaksi argonyhdistettä , jotka esiintyvät vain vedyn kiehumispisteen alapuolella, ja vain yksi niistä sisältää fluori- argonhydrofluoridia HArF [11] .
Jotkut metallit kestävät fluoria huoneenlämpötilassa, koska niiden pinnalle muodostuu tiheä fluorikalvo, joka estää reaktion fluorin kanssa, esimerkiksi Al, Mg, Cu, Ni. Fluorin kosketus vedyn kanssa johtaa syttymiseen ja räjähdykseen kvartsiastioissa jopa erittäin alhaisissa lämpötiloissa (-252 °C asti ), magnesiumastioissa tarvitaan hieman kuumennusta reaktion käynnistämiseksi.
Ei reagoi heliumin, neonin, argonin, typen , hapen , tetrafluorimetaanin kanssa . Huoneenlämpötilassa se ei reagoi kuivan kaliumsulfaatin , hiilidioksidin ja dityppioksidin kanssa . Ilman fluorivetyä huoneenlämpötilassa se ei vaikuta lasiin.
Jopa vesi ja platina palavat fluoriilmakehässä .
Fluori pystyy syrjäyttämään muut halogeenit ryhmästään niiden suoloista:
, .Alkalien ja fluorin välinen reaktio:
.Fluorin ja veden reaktiotuotteet voivat vaihdella sen esiintymisolosuhteista riippuen:
,Reaktiot, joissa fluori on muodollisesti pelkistävä aine, sisältävät korkeampien fluoridien hajoamisen, esimerkiksi:
, .Fluori pystyy myös hapettamaan happea sähköpurkauksessa muodostaen happidifluoridi OF 2 ja dioksidifluoridi O 2 F 2 . Paineen tai ultraviolettisäteilyn alaisena se reagoi kryptonin ja ksenonin kanssa muodostaen jalokaasufluorideja.
Kaikissa yhdisteissä fluorin hapetusaste on -1. Jotta fluorilla olisi positiivinen hapetustila, tarvitaan eksimeerimolekyylien luomista tai muita äärimmäisiä olosuhteita. Tämä edellyttää fluoriatomien keinotekoista ionisointia [12] .
Teollinen menetelmä fluorin saamiseksi sisältää fluoriittimalmien uuttamisen ja rikastamisen, niiden rikasteen rikkihapotuksen, jolloin muodostuu vedetöntä HF :ää ja sen elektrolyyttistä hajottamista.
Fluorin laboratoriotuotannossa käytetään joidenkin yhdisteiden hajoamista, mutta niitä kaikkia ei löydy luonnosta riittävästi, ja ne saadaan vapaalla fluorilla.
Fluorin teollinen tuotanto suoritetaan elektrolyysillä happaman kaliumfluoridin KF 2HF sulasta (usein lisäten litiumfluoridia ), joka muodostuu, kun KF-sula on kyllästetty fluorivetyllä pitoisuuteen 40-41 % HF. . Elektrolyysiprosessi suoritetaan noin 100 °C:n lämpötiloissa teräselektrolysaattoreissa, joissa on teräskatodi ja hiilianodi .
Fluori varastoidaan kaasumaisessa (paineen alaisena) ja nestemäisessä muodossa (nestetyppellä jäähdytettynä) laitteissa, jotka on valmistettu nikkelistä ja siihen perustuvista seoksista ( monel metalli ), kuparista , alumiinista ja sen seoksista, messingistä , ruostumattomasta teräksestä (tämä on mahdollista) , koska nämä metallit ja seokset on peitetty fluoridikalvolla, joka suojaa jatkoreaktiolta fluorin kanssa [14] ).
Fluoria käytetään saamaan:
Fluori ja osa sen yhdisteistä ovat vahvoja hapettimia, ja siksi niitä voidaan käyttää hapettimena rakettipolttoaineissa . Fluorin erittäin korkea hyötysuhde herätti huomattavaa kiinnostusta sitä ja sen yhdisteitä kohtaan. Avaruusajan kynnyksellä Neuvostoliitossa ja muissa maissa oli ohjelmia fluoria sisältävien rakettipolttoaineiden tutkimiseksi. Palamistuotteet fluoria sisältävien hapettimien kanssa ovat kuitenkin myrkyllisiä. Siksi fluoripohjaisia polttoaineita ei ole käytetty laajasti nykyaikaisessa rakettitekniikassa.
Fluorattuja hiilivetyjä (esimerkiksi perfluoridekaliinia ) käytetään lääketieteessä veren korvikkeena. On monia lääkkeitä, jotka sisältävät fluoria rakenteessa ( halotaani , fluorourasiili , fluoksetiini , haloperidoli jne.). Natrium-, kaliumfluorideja jne. tiukasti mitattuina mikromäärinä käytetään karieksen ehkäisyyn (katso alla).
Fluori on elintärkeä alkuaine elimistölle [15] [16] . Pääasiallinen fluorin lähde ihmiskehossa on juomavesi [17] . Ihmiskehossa vallitseva fluoripitoisuus löytyy hampaiden kiilteestä osana fluorapatiittia - Ca 5 F (PO 4 ) 3 - ja luissa. Kokonaispitoisuus on 2,6 g, josta 2,5 g luissa [2] . Ihmiskehon normaali päivittäinen fluorin saanti on 2,5-3,5 mg [2] . Riittämättömällä (alle 0,5 mg / litra juomavettä) tai liiallisella (yli 1 mg / litra) fluorin saannista voi kehittyä hammassairauksia: kariesta, parodontaalista sairautta , fluoroosia (täplikäs kiille) ja osteosarkooma . Myös liiallinen fluorin kulutus voi johtaa luuston vaurioitumiseen [18] [19] .
Alhainen fluoripitoisuus tuhoaa kiillettä huuhtomalla fluoria pois fluorapatiitista muodostaen hydroksoapatiittia ja päinvastoin.
Karieksen ehkäisemiseksi on suositeltavaa käyttää hammastahnoja, joissa on fluoridien lisäaineita (natrium ja/tai tina), juoda fluorattua vettä (pitoisuuteen 1 mg/l asti) tai käyttää paikallisesti 1-2 % natriumfluoridiliuosta. tai tinafluoria. Tällaiset toimet voivat vähentää karieksen todennäköisyyttä 30-50 % [20] .
Sitoutuneen fluorin (fluoridien ja organofluoriyhdisteiden muodossa) suurin sallittu pitoisuus teollisuustilojen ilmassa on 0,0005 mg/litra ilmaa.
![]() |
Fluori on erittäin syövyttävä kemikaali. Erittäin myrkyllinen, on voimakas hapetin. Ärsyttävät ominaisuudet ovat useita kertoja voimakkaampia kuin fluorivedyn. Fluori on "kouristusmyrkky", kuten monet sen yhdisteet. Sillä on kumulatiivinen vaikutus. Se pääsee elimistöön pääasiassa hengitysteitse ja suun kautta. Myrkytyksen tyypilliset ilmenemismuodot inhalaatioaltistuksen aikana vähenevät arkuus ja polttaminen nenässä, nielussa, rintalastan takana, verenvuoto nenästä, kuiva yskä. Kurkunpään ja keuhkoputkien lihasten kouristukset ovat mahdollisia. Tutkimuksessa havaitaan nenänielun limakalvojen hyperemiaa, turvotusta ja nekroosia, haavaumia ja jopa nenän väliseinän perforaatiota. Myös hengitysteiden limakalvot muuttuvat nekroottisiksi ja peittyvät keltaisilla kuorilla.
Lievässä inhalaatiomyrkytyksessä fluorilla ja sen yhdisteillä ne rajoittuvat yleensä nenänielun ja trakeobronkiitin kehittymiseen yleisen heikkouden, väsymyksen, pulssin labiilisuuden ja verenpaineen taustalla. - Myrkytys on "naamioitu" "vilustumiseen", mikä vaikeuttaa sen oikea-aikaista diagnosointia ja hoitoa.
Jos fluorin ja sen yhdisteiden aiheuttamat vauriot ovat kohtalaisen vakavia, diagnosoidaan syvä keuhkoputkentulehdus ja viiveellä keuhkokuume; sekä kouristukset ja hepatiitti.
Vakavassa myrkytystapauksessa kehittyy kudosvaurioita ja toksinen keuhkopöhö, kooma ja kouristukset.
Resorptiivinen vaikutus selittyy fluorin kyvyllä päästä vapaaradikaalireaktioihin kehon kudosten kanssa - kalsiumin saostuminen veren seerumista ja kudosnesteestä fluorin muodossa, mikä johtaa syviin aineenvaihduntahäiriöihin, hidastaa veren hyytymistä , veren happo-emässuhteen rikkominen, hermo-lihasjohtavuuden rikkominen, lisää verisuonten seinämien läpäisevyyttä. Lisäksi fluori häiritsee useiden entsyymijärjestelmien toimintaa vuorovaikutuksessa magnesiumin, mangaanin, raudan ja sinkin kanssa, jotka kalsiumin tavoin ovat osa entsyymejä, jotka ovat niiden aktivaattoreita tai estäjiä. Fluorimyrkytys häiritsee hivenaineita kofaktoreina käyttävien entsyymien toimintaa, esimerkiksi Enolaasin (heikentynyt glykolyysi ja makroerg-synteesi), adenosiinitrifosfataasin ja glutamiinisyntetaasin toimintaa.
Silmien ja ihon palovammoja havaitaan suorassa kosketuksessa fluorin kanssa. Ihokosketus kaasun kanssa 2 sekunnin ajan aiheuttaa II asteen lämpöpalovammoja; altistuminen pitoisuudella 0,15-0,30 mg / l johtaa altistetun ihon ärsytykseen. Tutkimuksessa, johon osallistui 252 fluoridille altistunutta ihmistä, 57:llä havaittiin sidekalvotulehdus tai silmäluomen ihottuma [21] .
Fluori kerääntyy luihin ja erittyy elimistöstä hitaasti useiden vuosien aikana munuaisten ja suoliston kautta.
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|