Što je fluorid? Svojstva kemijskog elementa
Fluor je najlakši član obitelji halogena, elementi skupine 17 (VIIA) periodnog sustava. Ova skupina također uključuje klor, brom, jod i astatin.
Kratak opis
9 fluora elektroni tvore konfiguraciju 1s 2 2s 2 2p 5 . U ispunjenoj unutarnjoj ljusci nalaze se 2 elektrona i 7 - na vanjskoj, što ostavlja 1 slobodan prostor.
Struktura fluora čini ga najaktivnijim kemijskim elementom koji reagira s gotovo svim tvarima. Pri visokim temperaturama i pritiscima, čak reagira s plemenitim plinovima, iako elementi skupine 18 (VIIIA), također poznati kao inertni plinovi, ne djeluju s drugim tvarima.
Fluor je 1886. godine otkrio francuski kemičar Henri Moissan (1852-1907). Skupio je plin, propuštajući električnu struju kroz fluorid vodika (H2F2).
Potrošači najviše znaju o fluoru zbog njegovih dvaju spojeva. Dijatomejski plin se koristi za proizvodnju fluorida, koji su spojevi od 1950-ih. dio zubnih pasti. Oni su učinkoviti u sprječavanju karijesa, pa se čak dodaju u urbane vodene sustave.
Druga skupina spojeva fluora je klorofluorougljik (CFC). Već dugi niz godina bili su iznimno popularni kao potisnici aerosola. Međutim, CFC-i u gornjoj atmosferi reagiraju s ozonom (O3). Ozonski sloj filtri štetni ultraljubičasto zračenje Sunce, koje je elektromagnetsko zračenje s valnim duljinama kraćim od ljubičastog spektra i, prema tome, više energije od one vidljive svjetlosti. Stoga je proizvodnja CFC-a sada zabranjena.
Povijest otkrića
Kemija je oduvijek bila opasna znanost. A rana kemija bila je smrtonosna okupacija. Znanstvenici su radili s tvarima o kojima su znali vrlo malo. Otkriće novih spojeva i elemenata često je imalo tragične posljedice.
Fluor je iznimno opasna tvar. Pokušavajući izolirati element, kemičari su dobili strašne opekline, pa čak i umrli. Fluorni plin oštećuje meka tkiva respiratornog trakta.
Početkom 1500-ih godina, njemački znanstvenik George Agricola (1494-1555) opisao je fluorit, koji je nazvao "fluorit". Ta riječ dolazi od latinskog glagola fluere (“flow”). Agricola je tvrdio da su fluorpar dodani u rastaljene metalne rude učinili ih više tekućim, što je olakšalo rad s njima. Njemački znanstvenik nije znao da taj mineral sadrži fluorid u obliku kalcijevog fluorida (CaF 2 ).
Fluorit je bio predmetom intenzivnog proučavanja. Godine 1670. njemački staklarin Heinrich Schwanhard otkrio je da mješavina fluorita i kiseline tvori tvar koja se može koristiti za narezivanje stakla, tj. Kemijsku reakciju na mat površinu. Ovaj se postupak koristi za nanošenje uzoraka na staklo, kao i za izradu točnih znanstvenih mjernih instrumenata.
Godine 1771. švedski kemičar Carl Wilhelm Scheele (1742.-86.) Pronašao je novu jezgrenu tvar. On je detaljno opisao svojstva fluorovodične kiseline (HF). Rad Scheele pridonio je intenzivnom proučavanju ovog spoja.
Kemičari su tražili načine kako razgraditi fluorovodičnu kiselinu u njezine sastojke. Pretpostavili su da se mora otkriti element koji nikad prije nisu vidjeli. Međutim, nisu znali što je fluorid i koliko je opasno. Mnogi istraživači fluorovodične kiseline postali su onemogućeni disanjem u plinovitom HF-u. Jedan od njih, belgijski kemičar Paulin Louyet (1818.-1850.), Umro je od djelovanja ove tvari.
Konačno, 1888. godine problem je riješen. Francuski kemičar Henri Moissan dobio je otopinu fluorovodične kiseline (HF) u kalijevom fluoridu (KHF 2 ). Zatim ga ohladi na -23 ° C i kroz nju prolazi električna struja. Na jednom kraju aparata pojavio se plin. Novi kemijski element nazvan je fluor, izveden iz latinskog imena fluor. Riječ "fluor" 1810. predložio je André Ampere. Grčkog je podrijetla i znači "uništenje".
Fizička svojstva
Fluor je blijedo žuti plin gustoće od 1,695 g / l. To ga čini oko 1,3 puta gušćim od zraka. Fluor ulazi u tekuće stanje na -188,13 ° C i čvrsti na -219,61 ° C. Tvar ima jak specifičan miris, sličan mirisu klora i ozona, vidljiv čak iu vrlo malim količinama - do 20 dijelova na milijardu. Ovo svojstvo je vrlo korisno za one koji rade s fluorom - plin može se otkriti i izbjeći štetne učinke kada ulazi u sobu.
Kemijska svojstva
Energija vezanja F2 je mnogo niža od energije Cl2 ili Br2 i identična je vodikovom peroksidu. Visoka elektronegativnost uzrokuje disocijaciju, visoku reaktivnost i jake kemijske veze između fluora i drugih atoma. Lako ulazi u kontakt s bilo kojim drugim elementom, osim helija, neona i argona. Fluor reagira s većinom spojeva, često vrlo aktivno. Na primjer, kada se pomiješa s vodom, dolazi do eksplozije. Iz tih razloga u laboratoriju se mora posebno paziti.
Biti u prirodi
U slobodnom stanju element fluor nije pronađen. Najčešći minerali koji sadrže fluor su fluorit, fluorapatit i kriolit. Apatit je kompleksan mineral koji sadrži prvenstveno kalcij, fosfor i kisik, obično u kombinaciji s fluorom. Kriolit je također poznat kao grenlandski greben, budući da je Grenland jedini komercijalni izvor ovog minerala. Uglavnom se sastoji od natrijevog aluminijevog fluorida Na 3 ALF 6 .
Glavni svjetski proizvođači sirovina za proizvodnju fluora su Kina, Meksiko, Mongolija i Južna Afrika. Sjedinjene Države jednom su minirale malu količinu fluorita, ali je posljednji rudnik zatvoren 1995., a zemlja je počela uvoziti fluoridne rude.
Fluor je obilan u Zemljinoj kori. Njegov udio procjenjuje se na oko 0,06%. To ga čini oko 13. najčešći element u kori, što otprilike odgovara sadržaju mangana ili barija.
Što je fluor-19?
Kemijski element ima samo jedan prirodni izotop - 19 F. Izotopi predstavljaju drugi oblik elementa, koji se razlikuje masenim brojem, koji odgovara broju protona i neutrona u jezgri atoma. Broj protona određuje element, ali broj njegovih neutrona može biti različit. Osim toga, svaka varijacija je izotop. Fluor-19 ima veliki gyromagnetski omjer i izuzetnu osjetljivost na magnetska polja. Budući da je ovo jedini stabilan izotop, on se koristi u magnetskoj rezonanciji.
Poznati su 17 radioaktivnih izotopa fluora. Od njih je najstabilnija 18 F. Njezine jezgre podijeljene su poluvijekom od 109,77 minuta. 18 F se ponekad koristi za medicinska istraživanja. Jednom u tijelu, fluor se kreće uglavnom do kosti. Njegova prisutnost može se otkriti zračenjem koje emitira. Dijagram zračenja omogućuje određivanje stanja koštanog tkiva. Fluor-18 se ponekad koristi slično kao i istraživanje funkcije mozga.
Primanje, određivanje, korištenje
Industrijska proizvodnja fluorida temelji se na Moissanovoj metodi. Električna struja od 8-12 V propuštena je kroz mješavinu HF i KF kako bi nastala H2 i F2.
Fluor se u otopinama određuje potenciometrijom, odnosno mjerenjem elektrodnog potencijala. Elektrodna membrana izrađena je od monokristalnog LaF 3 dopiranog s difluoridima plemenitih metala.
U elementarnom stanju, fluor se koristi relativno malo. Previše je aktivan za to. Koristi se u raketnom gorivu, osiguravajući izgaranje, poput kisika. Najviše se traži u određenom stanju. Fluoridi su spojevi fluora i metala. Primjeri su natrijev fluorid (NaF), kalcij (CaF2) i kositar (SnF2).
Zaštita zubi
Fluor je dio zubnih pasti. Istraživanja su pokazala da mala količina fluorida može smanjiti učestalost karijesa. One se talože kao stvaranje novog zubnog materijala, što ga čini jakim i otpornim na uništavanje.
U nekim gradovima u sustav vodoopskrbe dodaje se fluor. Time se vlasti nadaju poboljšanju zdravlja zubara građana. Najviše od svega, mladi ljudi čiji zubi se još razvijaju imaju koristi od toga. Proces dodavanja fluorida u vodni sustav naziva se fluoridacija. Previše fluorida u vodi dovodi do zatamnjenja zuba i pojave trajnih mrlja.
Dobro ili loše?
Neki se brinu o dugoročnom učinku fluorida u javnim vodama na javno zdravlje. Oni ukazuju na to da je fluor smrtonosni otrov i da njegovi spojevi također mogu biti otrovni. To je točno, F 2 je vrlo opasno, ali svojstva spojeva razlikuju se od njihovih sastavnih elemenata. Dakle, tjeskoba je neutemeljena.
Snažan karakterističan miris fluora omogućuje detekciju njegovog propuštanja i izbjegavanje kontakta s njim.
Fluoridi su obično opasni samo u velikim dozama. Njihova koncentracija u vodi je obično vrlo mala, samo nekoliko ppm. Većina stručnjaka u području stomatologije i zdravstvene skrbi smatra da je takav fluorid koristan i da ne predstavlja prijetnju zdravlju ljudi.
Teflon
Slučajna otkrića igraju veliku ulogu u znanstvenim istraživanjima. Primjer uspješne i vrlo profitabilne nesreće može poslužiti kao materijal Teflon - plastika, proizveden od DuPont Chemical Company. Postao je važan komercijalni proizvod, jer ga se gotovo ništa ne drži. Danas svatko ima tavu, čija je unutarnja površina prekrivena ovim materijalom, jer se hrana ne lijepi za vrijeme kuhanja. Osim toga, teflonskim posudama nije potrebno biljno ili životinjsko ulje.
Teflon je 1938. slučajno otkrio kemičar iz DuPonta, Roy Plunkett (1911–1994), koji je razvijao klorofluorougljike (CFC). Htio je znati što će se dogoditi ako miješa tetrafluoroetilen (TFE) C 2 F 4 s perklornom kiselinom. Za pokus je instalirao opremu tako da plinoviti TPV treba teći u HCl spremnik. Ali kad je otvorio ventil, ništa se nije dogodilo. Plunkett je mogao odbaciti brod, ali nije. Umjesto toga, kemičar ga je pilio i otkrio da se TFE polimerizira u jednu masu, to jest tisuće pojedinačnih TFE molekula kombiniranih u jednu, nazvanu politetrafluoretilen (PTFE).
Plunkett je izgrebao nastali bijeli prah i poslao ga DuPontovim znanstvenicima koji su razvijali umjetna vlakna. Proučavali su novi materijal i otkrili njegove neprijanjajuće osobine. Ubrzo je započeo razvoj brojnih aplikacija za novi materijal.
DuPont je registrirao zaštitni znak Teflon 1945. godine, a godinu dana kasnije objavio je svoje prve proizvode. Od tada je nelijepljivi premaz postao uobičajen za kuhinjske potrepštine, teflon se pojavio u sprejevima za pečenje i kao zaštita za tekstil i tekstil.
klorofluorougljici
Element fluor je također korišten u proizvodnji freona. Klorofluorougljike je krajem 1920-ih otkrio američki kemijski inženjer Thomas Midgli Jr. (1889-1944). Ovi spojevi posjeduju niz zanimljivih svojstava. Vrlo su stabilne i ne propadaju kada se koriste u industriji. Freon se naširoko koristi u klimatizacijskim sustavima i hladnjacima, kao sredstva za čišćenje, u aerosolima i kao dio specijaliziranih polimera. Proizvodnja CFC-a povećala se s 1 tisuću tona u 1935. na više od 300 tisuća tona 1965. i 700 tisuća tona 1985. godine.
Međutim, sredinom 1980-ih. Istraživanja su pokazala da ti spojevi uzrokuju oštećenje ozonskog omotača, koji je na visini od 20 do 50 km iznad Zemljine površine i važan za život na našem planetu, jer ga štiti od štetnog ultraljubičastog zračenja sunca. To je dovelo do postupnog prestanka proizvodnje i uporabe u većini zemalja svijeta. Pojavili su se novi, sigurni za Zemlju materijali koji zamjenjuju CFC.
Zaštita svih živih bića
CFC-i su bili popularne industrijske kemikalije jer ih je teško uništiti. Dugo vremena, te su tvari korištene u klima uređajima i hladnjacima kao sredstvo koje prenosi toplinu izvana. No znanstvenici su shvatili da CFC-i predstavljaju prijetnju ozonskom sloju jer se uništavaju. Kako je to moguće? Uvijek postoji mogućnost curenja rashladnog sredstva iz klima uređaja i hladnjaka. CFC su plinovi ili tekućine koje lako isparavaju i uzdižu se u atmosferu. Na kraju dosežu ozonski omotač.
Na toj visini, pod utjecajem intenzivnog sunčevog zračenja, CFC-i se uništavaju. Molekula koja je stabilna na zemlji gubi tu kvalitetu na velikoj visini. Kada se uništi, otpušta se atom klora, koji može reagirati s O3. Ozon filtrira štetno zračenje sunca, uzrokujući ozbiljne opekline i rak kože. Kisik za to nije sposoban. Što je više CFC u atmosferi, to je više atoma klora. Što je više atoma klora, manje molekule ozona i više ultraljubičastog zračenja dopiru do Zemljine površine, što negativno utječe na ljudsko zdravlje.
Do sredine 1980-ih, dobiveni su dokazi da CFC-i oštećuju ozonski omotač. To je ono što je uvjerilo političare da zabrane daljnju proizvodnju i uporabu klorofluorougljika.
Utjecaj na ljudsko zdravlje
Fluor je kemijski element koji može biti vrlo opasan. Udisanje u malim količinama uzrokuje jaku iritaciju dišnog sustava (nos, grlo i pluća). U velikim količinama to može dovesti do smrti. Najveća dopuštena doza fluorida je 1 dio na milijun dijelova zraka tijekom 8 sati.