Химия

Фтор


                                    ФТОР

    ФТОР (лат. Fluorum), F - химический элемент  VII  группы  периодической
системы Менделеева, относится к галогенам, атомный номер  9,  атомная  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 сек), 18F (Т1/2 =  111  мин),  20F  (Т1/2  =  11,4  сек),
21F(Т1/2 = 5 сек).

                            Историческая справка.
    Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF2  -  описано  в
конце 15 века под названием "флюор" (от латинского fluo - теку, по  свойству
СаF2 делать жидкотекучими  вязкие  шлаки  металлургических  производств).  В
1771 К. Шееле получил плавиковую кислоту. Свободный фтор выделил А.  Муассан
в 1886 электролизом  жидкого  безводного  фтористого  водорода,  содержащего
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), предложенное 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/м2 (250 кгс/см2). Бром и иод  воспламеняются  в
атмосфере фтора при обычной темпере, при  этом  могут  быть  получены  BrF3,
BrF5, IF5, IF7. Фтор  непосредственно  реалирует  с  криптоном,  ксеноном  и
радоном, образуя  соответствующие  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 воспламенением;  при  этом
образуется фтористый водород. Фтор с азотом реагирует лишь  в  электрическом
разряде. Древесный уголь при  взаимодействии  с  фтором  воспламеняется  при
обычной температуре; графит реагирует с  ним  при  сильном  нагревании,  при
этом возможно  образование  твердого  фтористого  графита  или  газообразных
перфторуглеродов CF4 и C2F6. С бромом,  кремнием,  фосфором,  мышьяком  фтор
взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды.
    Фтор энергично соединяется с большинством 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  Н2О2.
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 соответствующий 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  удаляется   вымораживанием   с   последующим
поглощением фторидом натрия.  Фтор  хранят  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.



смотреть на рефераты похожие на "Фтор "