Fluor

Fluor

tlen← fluor →neon
– ↑ F ↓ Cl 9 F
Wygląd
zielonożółty
skroplony fluor
Widmo emisyjnefluoru
Ogólne informacje
Nazwa, symbol,l.a.	fluor, F, 9 (łac.fluorum)
Grupa, okres, blok	17,2,p
Stopień utlenienia	−I
Właściwości metaliczne	niemetal–fluorowiec
Masa atomowa	18,998 ± 0,001
Stan skupienia	gazowy
Gęstość	1,696kg/m³
Temperatura topnienia	−219,67 °C
Temperatura wrzenia	−188,12 °C
Numer CAS	7782-41-4
PubChem	24524
Właściwości atomowe Promień •atomowy •walencyjny •van der Waalsa 50 (obl. 42)pm 71 pm 147 pm Konfiguracja elektronowa [He]2s22p5 Zapełnieniepowłok 2, 7 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • wskali Paulinga • wskali Allreda 3,98 4,10 Potencjały jonizacyjne I 1681,0 kJ/mol II 3374,2 kJ/mol III 6050,4 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 3,2698kJ/mol Ciepło topnienia 0,2552 kJ/mol Ciepło właściwe 824J/(kg·K) Przewodność cieplna 0,0279W/(m·K) Układ krystalograficzny regularny Objętość molowa 11,20×10−6m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r.MeV p.r. 17F {syn.} 64,7s β+ 17O 18F {syn.} 109,8min β+ 18O 19F 100% stabilny izotop z 10neutronami 20F {syn.} 11,0s β− 20Ne
Niebezpieczeństwa Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawieRozporządzenia CLP,zał. VI Niebezpieczeństwo Zwroty H H270,H314,H330 Zwroty P brak wiarygodnych danych NFPA 704 Na podstawie podanej karty charakterystyki 0 4 4 W
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Fluor(F,łac.fluorumodfluorytu)–pierwiastek chemiczny,niemetalz grupyfluorowcówwukładzie okresowym.Fluor w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczkiF
2.Jest żółtozielonym silnie trującym gazem o ostrym zapachu podobnym dochloru.

Jest niemetalem i najaktywniejszym pierwiastkiem o największejelektroujemności,tworzącym związki z większością innych pierwiastków (nawet zgazami szlachetnymi–kryptonem,ksenonemiradonem). W przeciwieństwie do innych fluorowców fluor łączy się wybuchowo zwodorem,tworzącfluorowodórbez dostępu światła i w niskiej temperaturze. W strumieniu gazowego fluoru palą sięszkło,metaleiwoda.Z powodu jego dużej aktywności nie można go przechowywać ani wytwarzać w naczyniach szklanych.

Wchodzi w składkwasu fluorowodorowegoifluorków,m.in. minerałufluorytu(CaF
2). W roztworze wodnym najczęściej występuje jako jon fluorkowyF−
.Znane są takżejony kompleksowefluoru, np.[FeF
4]−
,H
2F+
lubPF−
6.

Zawartość w górnych warstwachZiemiwynosi 0,054%. Jedynym stabilnym izotopem fluoru jest19
F.

Otrzymywanie

Zarówno w skali przemysłowej, jak i laboratoryjnej, fluor otrzymuje się praktycznie wyłącznie poprzezelektrolizęciekłej mieszaniny fluorowodoru ifluorku potasu.Pierwotnie stosowano mieszaninę bogatą w HF i temperaturę niższą od pokojowej, później opracowano proces wysokotemperaturowy, w którym elektrolit miał skład KF·HF i temperaturę topnienia 239 °C. Metoda ta dominowała w pierwszej połowie XX w. Obecnie przeważa proces średniotemperaturowy, prowadzony w 80–110 °C, z elektrolitem o składzie KF·2HF (t_topn.= 71,7 °C).

Zastosowanie

Gazowego fluoru używa się przy produkcjimonomerów,fluorowanychalkenów,z których otrzymuje siętefloni jego pochodne. Oprócz tego jest stosowany do produkcjihalonów,które są stosowane jako ciecze chłodzące i hydrauliczne (np.freon). Inne zastosowania:

• kwas fluorowodorowy(HF) oraz fluorki litowców i amonu są używane do trawienia szkła, m.in. w żarówkach;
• jednoatomowy fluor jest używany w produkcjipółprzewodników;
• sześciofluorku uranu(UF
  6) używa się dowzbogacania uranu;
• heksafluoroglinian sodu(występujący naturalnie jako minerałkriolit) jest używany welektrolitycznymotrzymywaniuglinu;
• fluorek sodubył kiedyś używany jakoinsektycyd,głównie przeciwkokaraluchom;
• niektóre innefluorkisą często dodawane dopast do zębówi (co budzi czasem kontrowersje) do wody pitnej, zapobiegająpróchnicy zębów;
• sześciofluorek siarki(SF
  6) jest stosowany zamiastpowietrzawrozdzielniachitransformatorach,gdyż ma 3 razy lepsze właściwości izolacyjne, niż powietrze, co zmniejsza ilość potrzebnego miejsca;
• fluorodeoksyglukozaznakowana izotopem18
  F(18
  F-FDG) jest wykorzystywana wpozytonowej emisyjnej tomografii komputerowej.

Historia

Fluoryt(tj.fluorek wapnia,CaF
2) został opisany w 1529 roku przezGeorgiusa Agricolęjakotopnikobniżający temperaturę topnienia innych minerałów (od właściwości tej pochodzi nazwa minerału: łac.fluere= płynąć). W 1670 rokuHeinrich Schwanhardodkrył, że w wyniku działania kwasów na fluoryt powstaje gaz trawiącyszkło(był tofluorowodór,HF). Właściwości kwasowe HF odkrył w roku 1780Carl Scheele.Humphry Davypo otrzymaniu pierwiastkowegochloruprzez utlenieniechlorowodoru(1810) usiłował – bez powodzenia – wraz zAndré Ampèremw podobny sposób wyizolować fluor z fluorowodoru. Badacze ci nadali nowemu pierwiastkowi nazwęfluorumod minerału fluorytu,CaF
2.Polską nazwę – fluor – wprowadziłFilip Walter.

Wolnego fluoru przez wiele lat nie udawało się wyodrębnić z powodu jego ogromnej aktywności chemicznej – po wytworzeniu poprzezelektrolizęstopionego fluorytu, w wysokiej temperaturze procesu (temperatura topnieniaCaF
2wynosi ok. 1400 °C) natychmiast reagował z substancjami i materiałami obecnymi w naczyniach reakcyjnych. Próby otrzymania fluoru doprowadziły przy tym do śmierci kilku badaczy. W roku 1885Edmond Frémyrozpoczął badania nad elektrolizą fluorowodoru, jednak okazało się, że suchy związek nie przewodzi prądu, a związek wilgotny prąd wprawdzie przewodził, ale na elektrodzie wydzielał się tlen z obecnej wody, a nie fluor. Badania te kontynuował jego uczeń,Henri Moissan,który ostatecznie w 1886 roku otrzymał fluor przez elektrolizę fluorowodoru zawierającego dodatekKHF
2(było to przypadkowe zanieczyszczenie materiału do elektrolizy). Moissanowi otrzymanie nowego pierwiastka przyniosłoNagrodę Nobla w dziedzinie chemiiw 1906 roku.

Pierwsza produkcja fluoru na skalę przemysłową została uruchomiona na potrzebyprojektu Manhattan.Gazowyfluorek uranu(VI)(UF
6) był wtedy używany dorozdzielenia izotopów235
Ui238
Upodczaswzbogacania uranu.

Na 100-lecie odkrycia fluoru Karl Christe otrzymał ten pierwiastek poprzez reakcję heksafluoromanganianu(IV) potasu zfluorkiem antymonu(V)w temp. 150 °C:

• Etap 1 – synteza substratów:

  2KMnO
  4+ 2KF+ 10HF + 3H
  2O
  2→2K
  2MnF
  6↓+ 8H
  2O + 3O
  2

  SbCl
  5+ 5HF→SbF
  5+ 5HCl

• Etap 2 – reakcja właściwa:

  2K
  2MnF
  6+ 4SbF
  5→4KSbF
  6+ 2MnF
  3+ F
  2↑

Była to pierwsza chemiczna (nie elektrochemiczna) metoda pozwalająca na otrzymanie fluoru pierwiastkowego ze znaczącą wydajnością (ok. 40%).

Związki

Fluor może zastępowaćwodórw związkach organicznych, dlatego liczba związków fluoru może być bardzo duża. Związki fluoru z gazami szlachetnymi po raz pierwszy otrzymaliHoward Claassen,Henry SeligiJohn Malmw 1962 roku. Pierwszym z tych związków byłtetrafluorek ksenonu.Otrzymano również fluorkikryptonuiradonu.

Fluor otrzymuje się zfluorytu,kriolitulubfluoroapatytu.

Produkcja i wykorzystanie fluoru i jego związków. Kliknij na daną nazwę z grafiki by przejść do danego hasła.

Szkodliwość

Pierwiastkowy fluor, jak i jony fluorkowe, są silnie toksyczne. Zaburza procesy enzymatyczne w komórkach, hamując oddychanie tkankowe, przemianęwęglowodanów,lipidóworaz syntezę hormonów. Sam fluor i niektóre jego związki działają żrąco, powodując głębokie martwice. Wolny fluor ma charakterystyczny drażniący zapach i jest wyczuwalny nawet w stężeniu 20ppm.

Gazowy fluor łatwo wchłania się przez drogi oddechowe i pokarmowe. Związki fluoru obecne np. w żywności dobrze wchłaniają się z dróg pokarmowych.

Po podaniu doustnym w dużych stężeniach związki fluoru powodują zatrucia ostre, na skutek żrącego działania wydzielającego się fluorowodoru. Dalsze objawy to płytki oddech, kurcz dłoni, drgawki, ślinotok i nudności. Bezpośrednią przyczyną zgonu w wyniku zatrucia fluorem jest porażenie ośrodka oddechowego.

Zatrucia przewlekłe małymi dawkami fluoru, czylifluoroza,objawiają się zaburzeniami w uwapnieniu kości, brunatnym cętkowaniem zębów, zmniejszeniem ruchliwości.

Dozwolone maksymalne stężenie przy założeniu 8-godzinnej ekspozycji na działanie fluoru to 0,05 mg/m³ (czyli mniej niż w przypadkucyjanowodoru).

Znaczenie biologiczne

Pomimo znacznej toksyczności, fluor w odpowiednich ilościach jestpierwiastkiem niezbędnymdla prawidłowego rozwoju kości i zębów.Może on modyfikowaćhydroksyapatytybudująceszkliwo zębówi poprzez substytucję grup wodorotlenowych tworzyćfluoroapatyty.Szkliwo zawierające taką modyfikację ulega wzmocnieniu oraz wykazuje większą oporność na działanie kwasów produkowanych przezbakterie próchnicotwórczeobecne wpłytce nazębnej.Te specyficzne właściwości wynikają z faktu, iż fluoroapatyty wykazują lepszą krystaliczność, twardość oraz mniejszą rozpuszczalność w kwasach niż naturalnie występujące hydroksyapatyty.

Środki ostrożności

Zarówno fluor, jak i fluorowodór muszą być przechowywane z zachowaniem szczególnych środków ostrożności. Powinno się unikać wszelkiego kontaktu ze skórą lub oczami. Fluoru nie przechowuje się w szkle.