A fluor egy kémiai elem (F jele, 9-es rendszám), egy nemfém, amely a halogének csoportjába tartozik. Ez a legaktívabb és legelektronegatívabb anyag. Normál hőmérsékleten és nyomáson a fluormolekula halványsárga, mérgező gáz, képlete F2. Más halogenidekhez hasonlóan a molekuláris fluor is nagyon veszélyes, és a bőrrel érintkezve súlyos kémiai égési sérüléseket okoz.
Használja
A fluort és vegyületeit széles körben használják, többek között gyógyszerek, mezőgazdasági vegyszerek, üzemanyagok, kenőanyagok és textilek előállítására. A hidrogén-fluorsavat üveg maratására, míg a fluorplazmát félvezetők és egyéb anyagok előállítására használják. Az F-ionok alacsony koncentrációja a fogkrémben és az ivóvízben segíthet megelőzni a fogszuvasodást, míg egyes rovarirtó szerekben magasabb koncentrációk találhatók. Sok általános érzéstelenítő fluor-szénhidrogén származék. A 18F izotóp a pozitronok forrása az orvosi ellátáshozpozitronemissziós tomográfiás képalkotás, az urán-hexafluoridot pedig az uránizotópok elválasztására és az atomerőművek számára dúsított urán előállítására használják.
Felfedezési előzmények
A fluorvegyületeket tartalmazó ásványi anyagokat sok évvel azelőtt ismerték, hogy ezt a kémiai elemet elkülönítették volna. Például a kalcium-fluoridból álló ásványi fluorpátot (vagy fluoritot) George Agricola írta le 1530-ban. Észrevette, hogy folyasztószerként is használható, olyan anyagként, amely segít csökkenteni egy fém vagy érc olvadáspontját, és segít megtisztítani a kívánt fémet. Ezért a fluor latin nevét a fluere („folyni”) szóból kapta.
1670-ben Heinrich Schwanhard üvegfúvó felfedezte, hogy az üveget savval kezelt kalcium-fluorid (fluorpát) hatására marják. Carl Scheele és sok későbbi kutató, köztük Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard hidrogén-fluoriddal (HF) kísérleteztek, amely könnyen előállítható CaF tömény kénsavval történő kezelésével.
A végén világossá vált, hogy a HF egy eddig ismeretlen elemet tartalmaz. Ezt az anyagot azonban túlzott reakcióképessége miatt évekig nem lehetett izolálni. Nem csak nehéz elválasztani a vegyületektől, hanem azonnal reagál a többi komponensével. Az elemi fluor izolálása hidrogén-fluoridból rendkívül veszélyes, és a korai próbálkozások több tudóst megvakítottak és megöltek. Ezeket az embereket „mártíroknak” neveztékfluor.”
Felfedezés és gyártás
Végül 1886-ban Henri Moissan francia vegyésznek sikerült fluort izolálnia olvadt kálium-fluoridok és hidrogén-fluorid keverékének elektrolízisével. Ezért 1906-ban kémiai Nobel-díjat kapott. Elektrolitikus megközelítését ma is alkalmazzák ennek a kémiai elemnek az ipari előállításához.
A fluor első nagyüzemi előállítása a második világháború alatt kezdődött. A Manhattan Project részeként egy atombomba létrehozásának egyik szakaszában volt szükség rá. Fluorból urán-hexafluoridot (UF6) állítottak elő, amelyet viszont a két 235U ésizotóp elkülönítésére használtak. 238U. Ma gáznemű UF6 szükséges a dúsított urán atomenergiához való előállításához.
A fluor legfontosabb tulajdonságai
A periódusos rendszerben az elem a 17. csoport (korábban 7A csoport) tetején található, amelyet halogénnek neveznek. Egyéb halogének közé tartozik a klór, bróm, jód és az asztatin. Ráadásul F az oxigén és a neon közötti második periódusban van.
A tiszta fluor egy maró hatású gáz (kémiai képlete F2), jellegzetes szúrós szaggal, amely 20 nl/liter térfogatban fordul elő. Mivel az összes elem közül a legreaktívabb és legelektronegatívabb, a legtöbbjükkel könnyen képez vegyületet. A fluor túlságosan reaktív ahhoz, hogy elemi formában létezzen, és ilyen is vanrokonság a legtöbb anyaggal, beleértve a szilíciumot is, hogy nem készíthető elő vagy nem tárolható üvegedényben. Nedves levegőben vízzel reagál, és ugyanolyan veszélyes hidrogén-fluoridot képez.
A hidrogénnel kölcsönhatásba lépő fluor alacsony hőmérsékleten és sötétben is felrobban. Vízzel hevesen reagál, hidrogén-fluoridot és oxigéngázt képezve. Különféle anyagok, köztük a finoman diszpergált fémek és üvegek, erős lánggal égnek fluorgáz-sugárban. Ezenkívül ez a kémiai elem vegyületeket képez a kripton, xenon és radon nemesgázokkal. Azonban nem reagál közvetlenül nitrogénnel és oxigénnel.
A fluor extrém aktivitása ellenére elérhetővé váltak a biztonságos kezelésének és szállításának módszerei. Az elem acél vagy monel (nikkelben gazdag ötvözet) tartályokban tárolható, mivel ezen anyagok felületén fluoridok képződnek, amelyek megakadályozzák a további reakciókat.
A fluoridok olyan anyagok, amelyekben a fluor negatív töltésű ionként (F-) van jelen néhány pozitív töltésű elemmel kombinálva. A fémekkel alkotott fluorvegyületek a legstabilabb sók közé tartoznak. Vízben oldva ionokra oszlanak. A fluor egyéb formái a komplexek, például [FeF4]- és H2F+.
Izotópok
Ennek a halogénnek számos izotópja van, a 14F-től a 31F-ig. A fluor izotóp-összetétele azonban csak egyet tartalmaz,19F, amely 10 neutront tartalmaz, mivel ez az egyetlen, amely stabil. A 18F radioaktív izotóp értékes pozitronforrás.
Biológiai hatás
A szervezetben lévő fluor főként a csontokban és a fogakban található ionok formájában. Az ivóvíz fluorozása egy milliomodrésznél kisebb koncentrációban jelentősen csökkenti a fogszuvasodás előfordulását - állítja az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia Nemzeti Kutatási Tanácsa. Másrészt a fluor túlzott felhalmozódása fluorózishoz vezethet, ami foltos fogakban nyilvánul meg. Ez a hatás általában olyan területeken figyelhető meg, ahol ennek a kémiai elemnek a tartalma az ivóvízben meghaladja a 10 ppm-et.
Az elemi fluor és fluorid sók mérgezőek, és nagyon óvatosan kell bánni velük. Óvatosan kerülni kell a bőrrel vagy szemmel való érintkezést. A bőrrel való reakció során hidrogén-fluorsav képződik, amely gyorsan behatol a szövetekbe, és reakcióba lép a csontokban lévő kalciummal, tartósan károsítva azokat.
Környezeti fluor
A fluorit ásvány éves termelése körülbelül 4 millió tonna, a feltárt lelőhelyek összkapacitása pedig 120 millió tonnán belül van. Az ásvány fő bányászati területei Mexikó, Kína és Nyugat-Európa.
A fluor természetesen előfordul a földkéregben, ahol megtalálható a kőzetekben, szénben és agyagban. A fluorid a talaj széleróziójával kerül a levegőbe. A fluor a 13. leggyakrabban előforduló kémiai elem a földkéregben – annak tartalma950 ppm-nek felel meg. A talajban átlagos koncentrációja körülbelül 330 ppm. Ipari égési folyamatok eredményeként hidrogén-fluorid kerülhet a levegőbe. A levegőben lévő fluorok a földre vagy a vízbe esnek. Amikor a fluor nagyon kis részecskékkel kötődik, hosszú ideig a levegőben maradhat.
A légkörben ennek a kémiai elemnek a 0,6 milliárd része sóköd és szerves klórvegyületek formájában van jelen. A városi területeken a koncentráció eléri az 50 ppm-t.
Kapcsolatok
A fluor egy kémiai elem, amely szerves és szervetlen vegyületek széles skáláját képezi. A kémikusok helyettesíthetik vele a hidrogénatomokat, és ezáltal sok új anyagot hozhatnak létre. A nagyon reaktív halogén nemesgázokkal vegyületeket képez. 1962-ben Neil Bartlett xenon-hexafluorplatinátot (XePtF6) állított elő. Kripton- és radon-fluoridokat is előállítottak. Egy másik vegyület az argon-fluor-hidrid, amely csak rendkívül alacsony hőmérsékleten stabil.
Ipari alkalmazások
Atomos és molekuláris állapotában a fluort plazmamaratáshoz használják félvezetők, lapos képernyők és mikroelektromechanikai rendszerek gyártásában. A hidrogén-fluorsavat lámpák és egyéb termékek üveg maratására használják.
Egyes vegyületei mellett a fluor fontos összetevője a gyógyszerek, mezőgazdasági vegyszerek, üzemanyagok és kenőanyagok gyártásábananyagok és textíliák. A kémiai elemre halogénezett alkánok (halonok) előállításához van szükség, amelyeket viszont széles körben alkalmaztak a klíma- és hűtőrendszerekben. Később a klórozott-fluorozott szénhidrogének ilyen jellegű használatát betiltották, mert hozzájárulnak az ózonréteg tönkretételéhez a felső légkörben.
A kén-hexafluorid egy rendkívül közömbös, nem mérgező gáz, amely üvegházhatású gáznak minősül. Fluor nélkül az alacsony súrlódású műanyagok, például a teflon gyártása nem lehetséges. Számos érzéstelenítő (pl. szevoflurán, dezflurán és izoflurán) CFC-származék. A nátrium-hexafluor-aluminátot (kriolit) alumínium elektrolízisben használják.
Fluoridvegyületeket, köztük a NaF-et is használják a fogkrémekben a fogszuvasodás megelőzésére. Ezeket az anyagokat a települési vízellátáshoz adják a víz fluorozása érdekében, azonban a gyakorlat ellentmondásosnak tekinthető az emberi egészségre gyakorolt hatás miatt. Magasabb koncentrációban a NaF-ot rovarölő szerként használják, különösen a csótányirtásra.
Régebben a fluoridokat a fémek és ércek olvadáspontjának csökkentésére és folyékonyságuk növelésére használták. A fluor fontos összetevője az urán-hexafluorid előállításának, amelyet izotópjainak szétválasztására használnak. 18F, egy 110 perces felezési idejű radioaktív izotóp, pozitronokat bocsát ki, és gyakran használják az orvosi pozitronemissziós tomográfiában.
A fluor fizikai tulajdonságai
Alapvető jellemzőkkémiai elem az alábbiak szerint:
- Atomtömeg 18,9984032 g/mol.
- Elektronikus konfiguráció 1s22s22p5.
- Oxidációs állapot -1.
- Sűrűség 1,7 g/l.
- Olvadáspont 53,53 K.
- Forráspont 85,03 K.
- Hőkapacitás 31,34 J/(K mol).
