Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z polityką plików cookies.
Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Fluor

Wstęp

Fluor jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 9, położonym w 17 (VIIA) grupie układu okresowego (grupa fluorowców). Fluor ma wartościowość I, i stopień utlenienia -I. Atom fluoru posiada 7 elektronów walencyjnych, tworzących w stanie podstawowym konfigurację s2p5. Atomy fluorowców wykazują wysokie powinowactwo elektronowe i energię jonizacji, dlatego też łatwiej przyjmują niż oddają elektrony.

Symbol F
Nazwa w jęz. angielskim fluorine
Nazwa w jęz. łacińskim fluorum
Stan skupienia gaz
Charakter chemiczny niemetal
Liczba atomowa 9
Masa atomowa [u] 18,99840
Numer grupy, okres, blok energetyczny 17 (VIIA), 2, p
Wartościowość I
Konfiguracja elektronowa uproszczona [He] 2s22p5
Elektroujemność wg Paulinga 4,0
Temperatura topnienia [oC] -219,62
Temperatura wrzenia [oC]
-187,9
Gęstość  [g/cm3] 0,0017

Odkrycie

W 1771 r. Schelle otrzymał z fluorytu lotną substancję dającą z wodą kwas. Następnie w 1810 r. Amper wysunął przypuszczenie, że fluoryt jest solą wapniową kwasu beztlenowego (CaX) podobnie jak chlorki. Kolejnych 75 lat poświęcono na bezowocne próby wyodrębnienia pierwiastka X, któremu nadano nazwę fluor. Dopiero w 1886 r. francuski chemik Ferdinand Moissan otrzymał wolny fluor w wyniku reakcji elektrolizy roztworu fluorku potasowego w ciekłym, bezwodnym fluorowodorze na elektrodach platynowych w temp. -55oC.

Występowanie w przyrodzie

Fluor (0,072%) jest na drugim miejscu pod względem rozpowszechnienia spośród fluorowców. W skorupie ziemskiej występuje przede wszystkim w postaci minerałów takich jak: fluoryt CaF2, kriolit Na3AlF6, apatyt 3Ca3(PO4)2 · CaF2.  Występuje we wszystkich organizmach żywych (w organizmie człowieka jest ok. 2,5 g jako F-), jednak rola biologiczna fluoru jest niejasna. W większych dawkach jest  bardzo toksyczny, zwłaszcza w postaci F2 i niektórych związków fluoroorganicznych. Fluor w stanie wolnym nie występuje.

Otrzymywanie

Fluor otrzymuje się przez elektrolizę roztworu fluorku potasu w ciekłym fluorowodorze lub stopionego wodorofluorku potasu KHF2. Duża aktywność chemiczna fluoru ogranicza znacznie liczbę meteriałów, z których można skonstruować aparaturę do elektrolizy.  Dawniej budowano ją z platyny, a obecnie używa się miedzi lub metalu Monela (stop miedzi z niklem). Katodę sporządza się ze stali, a anodę z węgla, na izolacje elektryczne używa się teflonu. W wyniku elektrolizy na katodzie wydziela się fluor, a na anodzie wodór:

\(2F^- \rightarrow F_2 + 2e\)

\(2H^+ + 2e \rightarrow H_2\)

Aparatura jest skonstruowana tak, aby nie nastąpiło zanieczyszczenie fluoru wodorem i odwrotnie, gdyż obydwa gazy reagują ze sobą wybuchowo.

Właściwości fizyczne i chemiczne

W warunkach normalnych fluor jest zielonożółtym gazem o ostrym zapachu drażniącym drogi oddechowe.
Fluor jest jednym z najaktywniejszych pierwiastków. Łączy się bezpośrednio ze wszystkim pierwiastkami z wyjątkiem tlenu, chloru, azotu i niektórych gazów szlachetnych tworząc związki zwane fluorkami. Bardzo gwałtownie reaguje z wodorem: mieszanina stałego fluoru i ciekłego wodoru eksploduje w temp. -253oC. W wyniku tej reakcji powstaje fluorowodór HF. Fluor również reaguje gwałtownie z wodą tworząc fluorowodór i
wypierając wolny tlen:

    \(2F_2 +2H_2O \rightarrow 4HF + O_2\)
Z tlenem fluor reaguje tworząc tlenki.

Zastosowanie

Fluor używany jest do produkcji UF6 stosowanego przy rozdzielaniu izotopów uranu U-238 i U-235 oraz do produkcji UF4, z którego otrzymywany jest uran metaliczny. Fluor w różnych formach chemicznych używany jest do fluorowania związków organicznych. W wyniku tej rekacji otrzymuje się m.in. freony stosowane w techice chłodniczej i inne rozpuszczalniki, tworzywa sztuczne (np. teflon, który jest masą plastyczną o dużej odporności chemicznej), kauczuk syntetyczny, pestycydy. Niektóre z fluorków mają duże zastosowanie w analizie chemicznej i syntezie, jako silne utleniacze w technice rakietowej (np. NF3), w metalurgii jako topniki (np. AlF3), w przemyśle szklarskim i ceramicznym (np. CaF2) oraz stosowane są do impregnacji drewna.

Izotopy
 
Istnieje jeden trwały izotop 19F. Ważnym izotopem promieniotwórczym jest 18F+, T1/2=111 min).

Związki fluoru

Związki fluoru z wodorem

Fluor łączy się  z wodorem dając fluorowcowodory HX. Fluorowodór (HF) w warunkach normalnych jest cieczą, ma najwyższą temp. wrzenia (19,9oC) spośród wszystkich halogenowodorów. Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, miesza się z nią w każdym stosunku. HF ma zdolność do trawienia szkła, pod jego wpływem krzemionka SiO2, wolna i związana ulega przemianie w łatwo lotny czterofluorek krzemu SiF:

\(SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 + 2H_2O\)

Ze względu na właściwości bakteriobójcze używa się jego rozcieńczonych roztworów do celów dezynfekcyjnych w przemyśle drożdżowym. Fluorowodór otrzymuje się działając stężonym kwasem siarkowym na odpowiednie sole:

\(CaF_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + 2HF\)

Związki fluoru z tlenem i związki międzyhalogenowe

Fluor łączy się z tlenem tworząc związki zwane raczej fluorkami niż tlenkami (ze względu na wyższą elektroujemność fluoru od tlenu). Fluor występuje wtedy na stopniu utlenienia -1, a tlen na +2 w F2O i +1 w F2O2.
Fluorowce łączą się między sobą tworząc związki o wzorze AXn, w którym n przyjmuje wartości 1, 3, 5 lub 7. Otrzymuje się je w wyniku bezpośredniego łączenia się pierwiastków lub działania fluorowca o niższej liczbie atomowej na związki fluorowców o wyższej liczbie atomowej. Od warunków reakcji zależy rodzaj utworzonego produktu. Np. chlor w równoobjętościowej mieszaninie z fluorem w temp. 200oC daje ClF: 

\(Cl_2 + F_2 \xrightarrow{200^oC} 2ClF\),

zmieszany z nadmiarem fluoru w temp. 300oC daje ClF3:

\(Cl_2 + 3F_2 \xrightarrow{300^oC} 2ClF_3\)
.