Фтор. Свойства фтора. Применение фтора. Что такое фтор? Свойства химического элемента На Земле фтористый водород служит другим целям

Фтору свойственны все особенности собратьев по подгруппе, однако он подобен человеку без чувства меры: все увеличено до крайности, до предела. Это объясняется прежде всего положением элемента № 9 в периодической системе и его электронной структурой. Его место в таблице Менделеева - «полюс неметаллических свойств», правый верхний угол. Атомная модель фтора: заряд ядра 9+ , два электрона расположены на внутренней оболочке, семь - на внешней. Каждый атом всегда стремится к устойчивому состоянию. Для этого ему нужно заполнить внешний электронный слой. Атом фтора в этом смысле - не исключение. Захвачен восьмой электрон, и цель достигнута - образован ион фтора с «насыщенной» внешней оболочкой.

Число присоединенных электронов показывает, что отрицательная валентность фтора равна 1- ; в отличие от прочих галогенов не может проявлять положительную валентность.

Стремление к заполнению внешнего электронного слоя до восьмиэлектронной конфигурации у фтора исключительно велико. Поэтому он обладает необычайной реакционной способностью и образует соединения почти со всеми элементами. Совсем недавно, большинство химиков считало, и на то были основания, что благородные газы не могут образовывать истинные химические соединения. Однако вскоре три из шести элементов- «затворников» не смогли устоять перед натиском удивительно агрессивного фтора. Начиная с 1962 г. получены фториды, а через них - и другие соединения криптона , ксенона и радона .

Удержать фтор от реакции очень трудно, но зачастую не легче вырвать его атомы из соединений. Здесь играет роль еще один фактор - очень малые размеры атома и иона фтора. Они примерно в полтора раза меньше, чем у хлора, и вдвое меньше, чем у йода.

Очевидно, что чем больше размеры атомов галогена, тем меньше их размещается вокруг атома молибдена . Максимально возможная валентность молибдена реализуется только в соединении с атомами фтора, малый размер которых позволяет «упаковать» молекулу наиболее плотно.

Атомы фтора обладают очень высокой электроотрицательностью, т. е. способностью притягивать электроны: при взаимодействии с кислородом фтор образует соединения, в которых кислород заряжен положительно. Горячая вода сгорает в струе фтора с образованием кислорода. Не правда ли, исключительный случай? Кислород оказался вдруг не причиной, а следствием горения.

Не только вода, но и другие обычно негорючие материалы, такие, как асбест, кирпич, многие металлы, загораются в струе фтора. Бром, йод, сера , селен , теллур , фосфор , мышьяк , сурьма , кремний , древесный уголь самовоспламеняются во фторе уже при обычной температуре, а при небольшом нагревании та же участь постигает и благородные платиновые металлы, известные своей химической пассивностью.

Поэтому не удивительно само название фтора. В переводе с греческого это слово означает «разрушающий».

Фтор или флюор?

Фтор - разрушающий - удивительно подходящее название . Однако за рубежом более распространено другое имя элемента № 9 - флюор, что в переводе с латинского означает «текучий».

Это название больше подходит не к фтору, а к некоторым его соединениям и берет свое начало от флюорита или плавикового шпата - первого соединения фтора, использованного человеком. По-видимому, еще в древности люди знали о способности этого минерала снижать температуру плавления руд и металлургических шлаков, но, естественно, не знали его состава. Флюором назвали главную составную часть этого минерала, еще неизвестный химикам элемент.

Это название настолько укоренилось в умах ученых, что логически оправданное предложение о переименовании элемента, выдвинутое в 1816 г., не нашло поддержки. А ведь в эти годы шли усиленные поиски флюора, уже было накоплено немало экспериментальных данных, подтверждавших разрушительные способности флюора и его соединений. Да и авторами предложения были не кто-нибудь, а крупнейшие ученые того времени Андрэ Ампер и Хэмфри Дэви. И все-таки фтор оставался флюором.
Жертвы? - Нет, герои

Первое упоминание о флюоре и флюорите относится к XV в.

В начале XVIII в. была открыта плавиковая кислота - водный раствор фтористого водорода , а в 1780 г. известный шведский химик Карл Вильгельм Шееле впервые высказал мысль, что в этой кислоте содержится новый активный элемент. Однако, чтобы подтвердить догадку Шееле и выделить фтор (или флюор), химикам потребовалось больше 100 лет, целый век упорной работы многих ученых из разных стран.

Сегодня мы знаем, что фтор очень токсичен, что работа с ним и его соединениями требует большой осторожности и продуманных мер защиты. Первооткрыватели фтора могли об этом только догадываться, да и то не всегда. Поэтому история открытия фтора связана с именами многих героев науки. Английские химики братья Томас и Георг Нокс пытались получить фтор из фторидов серебра и свинца . Опыты окончились трагически: Георг Нокс стал инвалидом, Томас погиб. Та же участь постигла Д. Никлеса и П. Лайета. Выдающийся химик XIX в. Хэмфри Дэви, создатель водородной теории кислот, человек, впервые получивший натрий , калий , магний , кальций , стронций и барий , доказавший элементность хлора , не смог решить проблемы получения всеразрушающего элемента. В ходе этих опытов он отравился и тяжело заболел. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар потеряли здоровье, так и не добившись сколько-нибудь обнадеживающих результатов.

Более удачливыми оказались А. Лавуазье, М. Фарадей, Э. Фреми. Их фтор «пощадил», но и они не добились успеха. В 1834 г. Фарадею показалось, что ему, наконец, удалось получить неуловимый газ. Но вскоре он вынужден был признать: «Я не смог получить фтор. Мои предположения, подвергаясь строгому анализу, отпадали одно за другим...» В течение 50 (!) лет этот гигант науки пытался решить проблему получения фтора, но так и не смог одолеть ее.

Неудачи преследовали ученых, однако уверенность в существовании и возможности выделения фтора крепла с каждым новым опытом. Она основывалась на многочисленных аналогиях в поведении и свойствах соединений фтора с соединениями уже известных галогенов - хлора, брома и йода .

Были на этом пути и удачи. Фреми, пытаясь с помощью электролиза извлечь фтор из фторидов, нашел способ получения безводного фтористого водорода. Каждый опыт, даже неудачный, пополнял копилку знаний об удивительном элементе и приближал день его открытия. И этот день настал. 26 июня 1886 г. французский химик Анри Муассан подверг электролизу безводный фтористый водород. При температуре - 23°С он получил на аноде новое, чрезвычайно реакционноспособное газообразное вещество. Муассану удалось собрать несколько пузырьков газа. Это был фтор!

О своем открытии Муассан сообщил Парижской академии. Моментально была создана комиссия, которая через несколько дней должна была прибыть в лабораторию Муассана, чтобы увидеть все своими глазами. Муассан тщательно подготовился к проведению повторного эксперимента. Он подверг исходный фтористый водород дополнительной очистке, и... высокопоставленная комиссия не увидела фтора. Опыт не воспроизводился, электролиза с выделением фтора не наблюдалось! Скандал?!

Но Муассану удалось найти причину. Оказалось, что лишь небольшие количества фтористого калия, содержащегося во фтористом водороде, делают его проводником электричества. Применение в первом опыте фтористого водорода без дополнительной очистки обеспечило успех: были примеси - шел электролиз. Тщательная подготовка второго опыта стала причиной неудачи.

И все-таки удача определенно сопутствовала Муассану. Вскоре ему удалось найти недорогой и надежный материал для аппаратов, в которых получается фтор. Эта проблема была не менее сложной, чем получение неподатливого элемента. Фтористый водород и фтор разрушали любую аппаратуру. Еще Дэви испытывал сосуды из кристаллической серы, угля, серебра и платины , но все эти материалы разрушались в процессе электролиза соединений фтора.

Первые граммы фтора Муассан получил в платиновом электролизере с электродами из иридиево-платинового сплава. Несмотря на низкую температуру, при которой проводился опыт, каждый грамм фтора «уничтожал» 5-6 г платины.

Платиновый сосуд Муассан заменил мёдным. Конечно, и медь подвержена действию фтора, но как алюминий защищается от воздуха окисной пленкой, так и медь «укрывалась» от фтора за пленкой непреодолимого для него фторида меди.

Электролиз до сих пор остается практически единственным методом получения фтора. С 1919 г. в качестве электролита используются расплавы бифторидов. Материалы современных электролизеров и электродов - это медь, никель , сталь, графит . Все это во много раз удешевило производство элемента № 9 и дало возможность получать его в промышленных масштабах. Однако принцип получения фтора остался тем же, что предлагали Дэви и Фарадей и впервые осуществил Муассан.

Фтор и многие его соединения представляют не только большой теоретический интерес, но и находят широкое практическое применение. Соединений фтора очень много, использование их настолько многосторонне и обширно, что для рассказа обо всем интересном, что связано с этим элементом, не хватило бы и 100 страниц. Поэтому в нашем рассказе вы встретите только самые интересные фтористые соединения, прочно вошедшие в нашу промышленность, в нашу жизнь, в наш быт и даже в наше искусство - соединения, без которых (это можно сказать без преувеличения) немыслим прогресс.

Гидрид фтора и... вода

Что общего может быть у всеразрушающего фтора и «мирной» привычной воды? Казалось бы - ничего. Но поостережемся поспешных выводов. Ведь воду можно рассматривать как гидрид кислорода, а плавиковая кислота HF - не что иное, как гидрид фтора. Итак, мы имеем дело с ближайшими химическими «родственниками» - гидридами двух сильных окислителей.

Известны гидриды всех галогенов. Их свойства изменяются закономерно, однако фтористый водород во многом ближе к воде, нежели к другим галоидоводородам. Сравните диэлектрические постоянные: для HF и H 2 O они очень близки (83,5 и 80), в то время как для гидридов брома, иода и хлора эта характеристика значительно ниже (всего 2,9 - 4,6). Температура кипения HF +19°С, тогда как HI, HBr и HCl переходят в газообразное состояние уже при минусовых температурах.

Одно из природных соединений фтора - минерал криолит - называют нетающим льдом. Действительно, огромные кристаллы криолита очень похожи на ледяные глыбы.

В одном из рассказов писателя-фантаста И. А. Ефремова описана встреча в космосе с обитателями планеты, на которой во всех жизненно важных окислительных процессах участвует фтор, а не кислород. Если такая планета существует, то можно не сомневаться, что ее обитатели утоляют жажду... фтористым водородом.

На Земле фтористый водород служит другим целям

Нюрнбергский художник Швангард еще в 1670 г. смешивал плавиковый шпат с серной кислотой и этой смесью наносил рисунки на стекло. Швангард не знал, что компоненты его смеси реагируют между собой, а «рисует» продукт реакции. Это не помешало внедрению открытия Швангарда. Пользуются им и в наши дни. На стеклянный сосуд наносится тонкий слой парафина. Художник рисует по этому слою, а затем опускает сосуд в раствор плавиковой кислоты. В тех местах, где неуязвимая для фтористого водорода парафиновая «броня» снята, кислота разъедает стекло, и рисунок навсегда запечатлевается на нем. Это старейшее применение фтористого водорода, но отнюдь не единственное.

Достаточно сказать, что менее чем через 20 лет после создания первых промышленных установок для получения фтористого водорода его годовое производство в США достигло 125 тыс. т. Стекольная, пищевая, нефтяная, атомная, металлургическая, химическая, авиационная, бумажная - вот далеко не полный перечень тех отраслей промышленности, где фтористый водород находит самое широкое применение. Фтористый водород способен изменять скорость многих реакций и используется в качестве катализатора самых разнообразных химических превращений. Одно из основных тенденций современной химии - проведение реакций в неводных средах. Наиболее интересным и уже широко применяющимся неводным растворителем стал фтористый водород.

Фтористый водород - очень агрессивный и опасный реагент, но он незаменим во многих отраслях современной индустрии. Поэтому приемы обращения с ним настолько усовершенствованы, что для грамотного химика наших дней фтористый водород стал почти так же безопасен, как для обитателей неведомой фторной планеты.

Искусственное добавление фтора к воде в тех местах, где обнаруживается его недостаток, приводит к устранению новых случаев заболевания и уменьшению кариеса у больных людей. Тут же оговоримся - большой избыток фтора в воде вызывает острое заболевание - флюороз (пятнистая эмаль). Извечная дилемма медицины: большие дозы - яд, малые - лекарство .

Во многих местах построены установки для искусственного фторирования воды. Особенно эффективен этот способ профилактики кариеса у детей. Поэтому в некоторых странах соединения фтора (в исключительно малых дозах) добавляют в. молоко.

Существует предположение о том, что фтор необходим для развития живой клетки и что он входит вместе с фосфором в состав животных и растительных тканей.

Фтор находит широкое применение при синтезе различных медицинских препаратов. Фторорганические соединения успешно применяются для лечения болезней щитовидной железы, особенно базедовой болезни, хронических форм диабета, бронхиальных и ревматических заболеваний, глаукомы и рака. Они также пригодны для профилактики и лечения малярии и служат хорошим средством против стрептококковых и стафиллококковых инфекций. Некоторые фторорганические препараты - надежные обезболивающие средства.

Фтор и жизнь - именно этот раздел химии фтора достоин наибольшего развития, и будущее - за ним. Фтор и смерть? Можно и нужно работать и в этой области, но для того, чтобы получать не смертоносные отравляющие вещества, а различные препараты для борьбы с грызунами и другими сельскохозяйственными вредителями. Такое применение находят, например, монофторуксусная кислота и фторацетат натрия.

Как приятно бывает в жаркий летний день достать из холодильника бутылку ледяной минеральной воды...

В большинстве холодильников - и промышленных, и домашних - хладоагентом, веществом, создающим холод, работает фторорганическая жидкость - фреон.

Фреоны получаются при замене атомов водорода в молекулах простейших органических соединений на фтор или фтор и хлор. Простейший углеводород - метан CH 4 . Если все атомы водорода в метане заменить на фтор, то образуется тетрафторметан CF 4 (фреон-14), а если фтором замещается только два атома водорода, а два другие - хлором, то получится дифтордихлорметан CF 2 Cl 2 (фреон-12).

В домашних холодильниках обычно работает фреон-12. Это бесцветный, нерастворимый в воде и негорючий газ с запахом, похожим на запах эфира. Фреоны 11 и 12 работают также в установках для кондиционирования воздуха. В «шкале вредности», составленной для всех применяемых хладоагентов, фреоны занимают последние места. Они даже безвреднее «сухого льда» - твердой двуокиси углерода.

Фреоны исключительно устойчивы, химически инертны. Здесь, как и в случае фторопластов, мы сталкиваемся с тем же удивительным явлением: с помощью наиболее активного элемента - фтора - удается получить химически очень пассивные вещества. Особенно устойчивы они к действию окислителей, и это не удивительно - ведь их атомы углерода находятся в высшей степени окисления. Поэтому фторуглероды (и, в частности, фреоны) не горят даже в атмосфере чистого кислорода. При сильном нагревании происходит деструкция - распад молекул, но не окисление их. Эти свойства позволяют применять фреоны еще в ряде случаев: их используют как пламегасители, инертные растворители, промежуточные продукты для получения пластмасс и смазочных материалов.

Сейчас известны тысячи фторорганических соединений различных типов. Многие из них применяются в важнейших отраслях современной техники. Во фреонах фтор работает на «индустрию холода», но с его помощью можно получать и очень высокие температуры. Сравните это цифры: температура кислородо-водородного пламени 2800°С, кислородоацетиленового 3500°С, при горении водорода во фторе развивается температура 3700°С. Эта реакция уже нашла практическое применение во фтористоводородных горелках для резания металла. Кроме того, известны горелки, работающие на фторхлоридах (соединения фтора с хлором), а также на смеси трехфтористого азота и водорода. Последняя смесь особенно удобна, так как трехфтористый азот не вызывает коррозии аппаратуры. Естественно, во всех этих реакциях фтор и его соединения играют роль окислителя. Можно использовать их и в качестве окислителя в жидкостных реактивных двигателях. В пользу реакции с участием фтора и его соединений говорит многое. Развивается более высокая температура - значит, и давление в камере сгорания будет больше, возрастет тяга реактивного двигателя. Твердых продуктов горения в результате таких реакций не образуется - значит, опасность забивки сопел и разрыва двигателя в этом случае также не грозит.

Но у фтора, как составной части ракетного топлива, есть ряд крупных недостатков. Он очень токсичен, коррозионно-активен и имеет очень низкую температуру кипения. Сохранить его в виде жидкости труднее, чем другие газы. Поэтому более приемлемы здесь соединения фтора с кислородом и галогенами.

Некоторые из этих соединений по своим окислительным свойствам не уступают жидкому фтору, но имеют огромное преимущество: в обычных условиях это или жидкости, или же легко сжижаемые газы.

Разрушение и гибель. Так с греческого переводится название фтора . Имя связано с историей его открытия. Десятки ученых покалечились, либо умерли, пытаясь выделить элемент, о существовании которого первым предположил Шееле. Он получил плавиковую кислоту, но не смог добыть из нее новое вещество – флюорий.

Название связано с минералом – основой плавиковой кислоты и главным источником фтора . Получить его методом электролиза пытались и братья Ноксы из Англии, Гей-Люссак и Тенар из Франции. В ходе экспериментов погибли.

Дэви, открывший натрий, калий и кальций, связавшись с флюорием, отравился и стал инвалидом. После, научное сообщество переименовало элемент. Но так ли он опасен вне химических лабораторий и зачем нужен? На эти вопросы ответим далее.

Химические и физические свойства фтора

Фтор занимает 9-ую позицию в . В природе элемент состоит из одного стабильного нуклида. Так называют атомы, жизненный цикл которых достаточен для наблюдений и научных изысканий. Масса атома фтора – 18,998. В молекуле атомов 2.

Фтор – элемент с самой большой электроотрицательностью. Явление связано со способностью атома соединяться с другими и притягивать к себе электроны. Показатель фтора по шкале Полинга – 4. Это способствует славе 9-го элемента, как самого активного неметалла. В обычном состоянии, это желтоватый газ. Он токсичен, имеет резкий запах – нечто среднее между ароматами озона и хлора.

Фтор – вещество с аномально низкой для газов температурой кипения – всего 188 градусов Цельсия. Остальные галогены, то есть, типичные неметаллы из 7-ой группы таблицы Менделеева, кипят при больших показателях. Это связано с тем, что у них есть d-подуровень, отвечающий за полуторные связи. Молекула фтора такового не имеет.

Активность фтора выражается в числе и характере возможных реакций с другими элементами. Соединение с большинством из них сопровождается горением и взрывами. В контакте с водородом пламя рождается даже при пониженных температурах. В атмосфере фтора горит даже вода. Более того, в камере с желтоватым газом воспламеняется – наиболее инертный и ценный элемент.

Соединения фтора невозможны лишь с неоном, аргоном и гелием. Все 3 газа легки и инертны. Не из газов, фтору не поддается . Есть ряд элементов, реакции с которыми возможны лишь при повышенной температуре. Так, пара хлор-фтор взаимодействует лишь при 200-250-ти градусах Цельсия.

Применение фтора

Без фтора не обходятся тефлоновые покрытия. Их научное название – тетрафторэтилены. Соединения относятся к органической группе и обладают антипригарными свойствами. По сути, тефлон является пластмассой, но нестандартно тяжелой. В 2 раза превышена плотность воды, — вот причина излишнего веса покрытия и посуды с ним.

В ядерной промышленности фтор имеет связь с процессом разделения изотопов урана. Ученые говорят, что не будь 9-го элемента, не было бы и атомных станций. Горючим для них служит не любой уран, а лишь несколько его изотопов, в частности, 235-ый. Методы разделения рассчитаны на газы и летучие жидкости.

Но, уран кипит при 3500 градусах Цельсия. Непонятно, какие материалы для колонн и центрифуг выдержат такой жар. Благо, есть летучий гексафторид урана, кипящий лишь при 57-ми градусах. Из него-то и выделяют металлическую фракцию.

Окисление фтора , точнее, окисление им ракетного топлива – важный элемент авиационной промышленности. В ней пригождается не газообразный элемент, а жидкость. В этом состоянии фтор становится ярко-желтым и наиболее реакционным.

В металлургии используют стандартный газ. Формула фтора преображается. Элемент включают в соединение, необходимое для получения алюминия. Его производят путем электролиза. В нем-то и участвует гексафторалюминат.

В оптике пригождается соединение магний-фтор , то есть, фторид . В диапазоне световых волн от вакуумного ультрафиолета до инфракрасного излучения он прозрачен. Вот и идет соединение на линзы и призмы для специализированных оптических приборов.

9-ый элемент замечен и медиками, в частности, стоматологами. Они обнаружили 0,02% фтора в составе зубов. Потом, выяснилось, что в регионах, где вещества не хватает, выше заболеваемость кариесом.

Содержится фтор в воде , откуда и поступает в организм. В дефицитных местностях стали искусственно добавлять элемент в воду. Ситуация исправилась. Поэтому, создана паста с фтором .

Фтор в зубной эмали может вызвать флюороз – потемнение, пятнистость тканей. Это следствие переизбытка элемента. Поэтому в регионах с нормальным составом воды лучше выбирать зубную пасту без фтора . Нужно, так же, отслеживать его содержание в продуктах питания. Есть даже фторированное молоко. Морепродукты обогащать не надо, в них и так много 9-го элемента.

Паста без фтора – выбор, связанный с состоянием зубов. Но в медицине элемент нужен не только в сфере стоматологии. Препараты фтора выписывают при проблемах со щитовидной железой, к примеру, базедовой болезни. В борьбе с ней ведущую роль играет пара фтор-йод .

Лекарства с 9-ым элементом нужны тем, у кого хронический диабет. Глаукома и рак тоже в списке недугов, которые лечат с участием фтора . Как кислород вещество, порой, требуется при болезнях бронх и ревматических диагнозах.

Добыча фтора

Добывают фтор все тем же путем, который помог открыть элемент. После череды смертей, одному из ученых удалось не только выжить, но и выделить небольшое количество желтоватого газа. Лавры достались Анри Муассану. За свое открытие француз удостоился Нобелевской премии. Ее выдали в 1906-ом году.

Муассан воспользовался методом электролиза. Чтобы не отравится парами, химик проводил реакцию в стальном электризере. Этот аппарат применяется и сейчас. В него помещается кислый фторид калия .

Процесс проходит при температуре в 100 градусов Цельсия. Катод используют стальной. Анод в установке угольный. Важно соблюдение герметичности системы, ведь пары фтора ядовиты.

В лабораториях для герметичности закупают специальные пробки. Их состав: кальций-фтор . Лабораторная установка – это два медных сосуда. Первый заполняют расплавом, погружая в него второй. У внутреннего сосуда есть отверстие в дне. Через него проходит никелевый анод.

Катод располагают в первом сосуде. От аппарата отходят трубки. Из одной выделяется водород, из второй – фтор. Чтобы сохранить гермитичность, недостаточно одних пробок и фторида кальция. Нужна еще и смазка. В ее роли выступает глицерин или же оксид .

Лабораторный метод получения 9-го элемента используют лишь для учебных демонстраций. Практического применения технология не имеет. Однако, ее существование доказывает, что можно обойтись и без электролиза. Однако, необходимости в этом нет.

Цена фтора

Стоимости фтора, как такового, нет. Цены устанавливаются уже на продукты с содержанием 9-го элемента таблицы Менделеева. Зубные пасты, к примеру, стоят, как правило, от 40-ка до 350-ти рублей. Лекарства, так же, есть копеечные и дорогостоящие. Все зависит от производителя, наличия на рынке аналогичного товара других фирм.

Что же касается цены фтора для здоровья, она, как видно, может быть высока. Элемент токсичен. Обращение с ним требует осторожности. Фтор способен принести пользу и даже вылечить.

Но, для этого нужно многое знать о веществе, предугадывать его поведение и, конечно, советоваться со специалистами. По распространенности на Земле фтор занимает 13-е место. Само число, называемое чертовой дюжиной, заставляет быть с элементом поосторожнее.

Самый реактивный элемент в Периодической таблице — Фтор. Несмотря на взрывоопасные свойства фтора, он является жизненно важным элементом для людей и животных, встречается и в питьевой воде, и в зубной пасте.

Просто факты

• Атомное число (число протонов в ядре) 9
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов) F
• Атомный вес (средняя масса атома) 18,998
• Плотность 0,001696 г / см3
• При комнатной температуре — газ
• Точка плавления минус 363,32 градуса по Фаренгейту (- 219,62°C)
• Точка кипения минус 306,62 градуса F (- 188,12°C)
• Число изотопов (атомов одного и того же элемента с различным числом нейтронов) 18
• Наиболее распространенные изотопы F-19 (100-% естественное изобилие)

Флюоритовый кристалл

Химики в течение многих лет пытались освободить элемент фтора от различных фторидов. Однако фтор не имеет свободной природы: ни одно химическое вещество не способно высвободить фтор от его соединений, из-за его реакционной природы.

Столетиями использовался минеральный плавиковый шпат для переработки металлов. Фторид кальция (CaF 2) применялся для отделения чистого металла от нежелательных минералов в руде. «Флюер» (от латинского слова «fluere») означает «течь»: текучеесвойство плавиковых шпатов позволяло делать металлы. Минерал также назывался чешским изумрудом, потому что использовался при травлении стекла.

В течение многих лет фторсодержащие соли или фториды использовались для сварки и для глазурного стекла. Например, фтористоводородная кислота использовалась для травления стекла лампочек.

Экспериментируя с плавиковым шпатом, учёные десятилетиями изучали его свойства и состав. Химики часто продуцировали фтористую кислоту (плавиковую кислоту, HF), невероятно реакционную и опасную кислоту. Даже небольшие брызги этой кислоты на коже могли оказаться фатальными. Многие учёных были ранены, ослеплены, отравлены или погибли во время экспериментов.

• В начале 19 века, Андре-Мари Ампер из Франции и Хамфри Дэви из Англии в 1813 году объявили об открытии нового элемента и назвали его фтором, по предложению Ампера.
• Генри Моисан, французский химик, наконец, выделил фтор в 1886 году методом электролиза сухого фтористого калия (KHF 2) и сухой фтористоводородной кислоты, за что был удостоен Нобелевской премии в 1906 году.

Отныне фтор является жизненно важным элементом в атомной энергетике. Он используется для производства гексафторида урана, который необходим для разделения изотопов урана. Гексафторид серы — газ, используемый для изоляции мощных трансформаторов.

Хлорфторуглероды (ХФУ) когда-то использовались в аэрозолях, холодильниках, кондиционерах, упаковках для пенных продуктов и огнетушителях. Эти виды использования были запрещены с 1996 года, поскольку они способствуют истощению озонового слоя. До 2009 года ХФУ использовались в ингаляторах для борьбы с астмой, но эти типы ингаляторов также были запрещены в 2013 году.

Фтор используется во многих фторсодержащих веществах, включая растворители и высокотемпературные пластмассы, такие как тефлон (поли -тетрафторэтен, ПТФЭ). Тефлон хорошо известен своими антипригарными свойствами и используется в сковородах. Ещё фтор используется для изоляции кабелей, для ленты водопроводчика и в качестве основы водонепроницаемых ботинок и одежды.

По данным лаборатории Джефферсона, фтор добавляется к городскому водоснабжению в пропорции одна часть на миллион, для предотвращения разрушения зубов. В зубную пасту добавляется несколько фторидных соединений — также для предотвращения разрушения зубов.

Хотя все люди и животные подвергаются воздействию фтора и нуждаются в нём, элемент фтор в достаточно большой дозе чрезвычайно токсичен и опасен. Фтор может естественным образом попадать в воду, воздух и на растительность, а также животную основу в небольших количествах. Большие количества фтора встречаются в некоторых пищевых продуктах, таких как чай и моллюски.

Хотя фтор необходим для поддержания прочности наших костей и зубов, его слишком большое количество может иметь обратный эффект, вызывающий остеопороз и распад зубов, а также он может навредить почкам, нервам и мышцам.

В своей газообразной форме фтор невероятно опасен. Небольшое количество фторсодержащего газа вызывает раздражение глаз и носа, а большие количества могут быть фатальными. Фтористоводородная кислота также является фатальной, даже при небольшом попадании на кожу.

Фтор, 13-й по распространению элемент земной коры; он обычно оседает в почве и легко сочетается с песком, галькой, углём и глиной. Растения могут поглощать фтор из почвы, хотя его высокие концентрации приводят к гибели растений. Например, кукуруза и абрикос относятся к растениям, которые наиболее подвержены повреждению при воздействии повышенных концентраций фтора.

Кто знал? Занимательные факты про фтор

• Фторид натрия — это крысиный яд.
• Фтор является наиболее химически реактивным элементом на нашей планете; он может взорваться при контакте с любыми элементами, за исключением кислорода, гелия, неона и криптона.
• Фтор также является наиболее электроотрицательным элементом; он привлекает электроны легче, чем любой другой элемент.
• В среднем количество фтора в организме человека составляет три миллиграмма.
• Фтор в основном добывается в Китае, Монголии, России, Мексике и Южной Африке.
• Фтор образуется в солнечных звёздах в конце их жизни («Астрофизический журнал в письмах» 2014 год). Элемент образуется при самых высоких давлениях и температурах внутри звезды, когда она расширяется, чтобы стать красным гигантом. Когда внешние слои звезды отбрасываются, создавая планетарную туманность, фтор перемещается вместе с другими газами в межзвёздную среду, в конечном итоге формируются новые звёзды и планеты.
• Около 25% лекарств и медикаментов, в том числе для рака, центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы, содержат некую форму фтора.

Согласно исследованию (отчёт в журнале «Journal of Fluorine Chemistry») в активных компонентах лекарственных средств, замены углерод-водородных или углерод-кислородных связей на углерод-фторсодержащие, обычно показывают улучшение эффективности лекарственных средств, включая повышение метаболической стабильности, увеличение связывания с молекулами-мишенями и улучшение проницаемости в мембраны.

Согласно этому исследованию, новое поколение противораковых лекарств, а также фтор-зонды для доставки лекарств было протестировано против стволовых клеток рака и продемонстрировали перспективность в борьбе с раковыми клетками. Исследователи обнаружили, что препараты, которые включали фтор, были в несколько раз более активными и демонстрировали лучшую стабильность, чем традиционные противораковые лекарственные средства.

Фтор — самый сильный окислитель среди простых веществ (состоящих из атомов одного элемента). Он является первым представителем галогенов. Первое поныне известное соединение фтора флюорит (плавиковый шпат) CaF 2 описано в конце XV века под названием «флюор». Это соединение фтора крайне занимательно по своим свойствам, впрочем как и любое вещество в химии. Данный минерал состоит на 95% из фторида кальция (CaF 2) и на 5% из диоксида кремния (SiO 2 , кварца), вдобавок, кристалл обладает большой вариативностью цветов — от бесцветного и белого до желтого, оранжевого, бурого, синего, фиолетового и малинового. Всё это объясняется разной пропорцией составляющих, что меняет длину поглощаемых и отражаемых от материала волн. Начиная с 1990-х годов, флюор стал основным источников фтора, также в настоящее время он используется как компонент металлургических флюсов, эмалей, керамики, лазерных и оптических материалов (например, в объективах фотокамер). Фторид кальция является безвредным для человека веществом, в силу того, что он не растворяется в воде.

Открытие фтора

Фтор был предсказан в 1810 году как отдельный элемент периодической системы, однако из-за крайней агрессивности этого газа, долгое время попытки многих химиков оканчивались неудачей, и даже трагедией. «Научный штурм» длился 75 лет, и наконец в 1886 году, молекулярный фтор был получен Анри Муассаном путем пропускания тока через фтороводород(HF). Для фтора характерна степень окисления только (минус 1).

До вышеописанного события, в 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту (кислота представляет собой пары фтороводорода, растворенные в воде). Эта кислота использовалась главными героями сериала «Breaking Bad»,- Уолтером Уайтом и Джесси Пинкманом при «химическом расщеплении» трупов (сезон 1, серия 2). Плавиковую кислоту хранят только(!) в полиэтиленовых ёмкостях. Плавиковая кислота используется: для синтеза фтористой сурьмы; при гравировании по стеклу; при белении и выщелачивании мебельного камыша.

Химические свойства и применение фтора

Соли фтора используют в зубных пастах как микроэлементы, необходимые для организма. Также углеводороды с содержанием фтора используются в медицине как кровозаменители. Также фтор входит в другие сильные окислители, такие как фторид ксенона 6 (XeF 6) или фторид азота 3 (NF 3), последний является бесцветным ядовитым газом, растворимым в воде и относительно инертным при нормальных условиях, но при повышенной температуре является черезвычайно активным окислителем и сильным фторирующем агентом. Трифторид азота используют при получении углеводородов, в частности для тетрафторида углерода (CF 4), т.к. при фторировании парафинов (алканов) на свету реакция течет по свободно-радикальному механизму и образуются несколько продуктов. Только у фтора нет оксидов, т.к. из-за его электроотрицательности (способность атома химического элемента, находясь в молекуле, притягивать к себе общие электронные пары, или, другими словами, оттягивать к себе электроны других атомов) в реакции с кислородом он образует фторид кислорода OF 2 и диоксифторид O 2 F 2 . Многие вещества, не горящие при нормальных условиях способны гореть в среде фтора, например, вода воспламеняется даже при комнатной температуре в его среде, образуя при горении красивое синее пламя, свет которого схож с солями меди и кальция при том же самом горении. Или же огнеупорный асбест в среде фтора горит не хуже бумаги, притом заметим, что последняя в свою очередь моментально вспыхивает и сгорает в среде, напоминая горение нитроцеллюлозы (целлюлозы, обработанной азотной кислотой) в атмосфере воздуха.

Фторид натрия

Фторид натрия (NaF) является сходным по строению, кристаллической решетке с хлоридом натрия (NaCl), который является обычной поваренной солью, используемой повсеместно. Но(!) фторид натрия является крайне токсичным веществом, уступая лишь дихромату аммония ((NH 4) 2 Cr 2 O 7) в токсичности. Этот фторид является основным компонентом некоторых крысиных ядов. Он также опасен и для других животных, в том числе и человека, способен вызывать раковые опухоли (например, саркому Юинга), остеопороз, помимо того он разрушает эмаль зубов, которая является одной из самых прочных образований в теле человека.