Фтор

Фтор Министерство образования и науки РФ РЕФЕРАТ НА ТЕМУ «ФТОР» Выполнил: -2007- ФТОР (лат. Fluorum), F, химический элемент с атомным номером 9, атомная масса 18,998403. Природный фтор состоит из одного стабильного нуклида 19F. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s2p5. В соединениях проявляет только степень окисления –1 (валентность I). Фтор расположен во втором периоде в группе VIIА периодической системы элементов Менделеева, относится к галогенам. 1. Общая характеристика. Радиус нейтрального атома фтора 0,064 нм, радиус иона F– 0,115 (2), 0,116 (3), 0,117 (4) и 0,119 (6) нм (в скобках указано значение координационного числа). Энергии последовательной ионизации нейтрального атома фтора равны, соответственно, 17,422, 34,987, 62,66, 87,2 и 114,2 эВ. Сродство к электрону 3,448 эВ (самое большое среди атомов всех элементов). По шкале Полинга электроотрицательность фтора 4 (самое высокое значение среди всех элементов). Фтор — самый активный неметалл. 2. Свойства. При обычных условиях фтор — газ (плотность 1,693 кг/м3 ) с резким запахом. Температура кипения –188,14°C, температура плавления –219,62°C. В твердом состоянии образует две модификации: a-форму, существующую от температуры плавления до –227,60°C, и b-форму, устойчивую при температурах, более низких, чем –227,60°C. что, в частности, обусловливает высокую реакционную способность фтора. Химическая активность фтора чрезвычайно велика. Из всех элементов со фтором не образуют фторидов только три легких инертных газа — гелий, неон и аргон. Во всех соединениях фтор проявляет только одну степень окисления –1. Со многими простыми и сложными веществами фтор реагирует напрямую. Так, при контакте с водой фтор реагирует с ней (часто говорят, что «вода горит во фторе»): 2F2 + 2H2 O = 4HF + O2 . Фтор реагирует со взрывом при простом контакте с водородом (H): H2 + F2 = 2HF. При этом образуется газ фтороводород HF, неограниченно растворимый в воде с образованием сравнительно слабой плавиковой кислоты. Фтор вступает во взаимодействие с большинством неметаллов. Так, при реакции фтора с графитом образуются соединения общей формулы CFx , при реакции фтора с кремнием (Si) — фторид SiF436 и SF4 и т. д. 3 , IF7 , ClF, ClF3 и другие, причем бром (Br) и иод (I) воспламеняются в атмосфере фтора при обычной температуре, а хлор (Cl) взаимодействует с фтором при нагревании до 200-250°С. Не реагируют со фтором непосредственно, кроме указанных инертных газов, также азот (N), кислород (O), алмаз, углекислый и угарный газы. 3 и фториды кислорода О2 F2 и OF2 , в которых кислород имеет необычные степени окисления +1 и +2. При взаимодействии фтора с углеводородами происходит их деструкция, сопровождающаяся получением фторуглеводородов различного состава. При небольшом нагревании (100-250°C) фтор реагирует с серебром (Ag), ванадием (V), рением (Re) и осмием (Os). С золотом (Au), титаном (Ti), ниобием (Nb),хромом (Cr) и некоторыми другими металлами реакция с участием фтора начинает протекать при температуре выше 300-350°C. С теми металлами, фториды которых нелетучи (алюминий (Al)железо (Fe), медь (Cu) и др.), фтор с заметной скоростью реагирует при температуре выше 400-500°C. Некоторые высшие фториды металлов, например, гексафторид урана UF6 , получают действуя фтором или таким фторирующим агентом, как BrF3 , на низшие галогениды, например: UF42 = UF6 Следует отметить, что уже упоминавшейся плавиковой кислоте HF соответствуют не только средние фториды типа NaF или СаF2 , но и кислые фториды — гидрофториды типа NaHF2 и КНF2 . Синтезировано также большое число различных фторорганических соединений, в том числе и знаменитый тефлон — материал, представляющий собой полимер тетрафторэтилена. История открытия: История открытия фтора связана с минералом флюоритом, или плавиковым шпатом. Состав этого минерала, как сейчас известно, отвечает формуле CaF2 руды и шлаков понижается, что значительно облегчает проведение процесса (отсюда название минерала — от лат. fluo — теку). В 1771 году обработкой флюорита серной кислотой шведский химик К. Шееле приготовил кислоту, которую он назвал «плавиковой». Французский ученый А. Лавуазье предположил, что в состав этой кислоты входит новый химический элемент, который он предложил назвать «флуорем» (Лавуазье считал, что плавиковая кислота — это соединение флуория с кислородом, ведь, по мнению Лавуазье, все кислоты должны содержать кислород). Однако выделить новый элемент он не смог. За новым элементом укрепилось название «флюор», которое отражено и в его латинском названии. Но длительные попытки выделить этот элемент в свободном виде успеха не имели. Многие ученые, пытавшиеся получить его в свободном виде, погибли при проведении таких опытов или стали инвалидами. Это и английские химики братья Т. и Г. Ноксы, и французы Ж. -Л. Гей-Люссак и Л. Ж. Тенар, и многие другие. Сам Г. Дэви, первым получивший в свободном виде натрий (Na), hкалий (K), кальций (Ca) и другие элементы, в результате экспериментов по получению фтора электролизом отравился и тяжело заболел. Вероятно, под впечатлением всех этих неудач в 1816 году для нового элемента было предложено хотя и сходное по звучанию, но совершенно другое по смыслу название — фтор (от греч. phtoros — разрушение, гибель). Это название элемента принято только в русском языке, французы и немцы продолжают называть фтор fluor, англичане — fluorine. Получить фтор в свободном виде не смог и такой выдающийся ученый, как М. Фарадей. Только в 1886 году французский химик А. Муассан, используя электролиз жидкого фтороводорода HF, охлажденного до температуры –23°C (в жидкости должно содержаться немного фторида калия KF, который обеспечивает ее электропроводимость), смог на аноде получить первую порцию нового, чрезвычайно реакционноспособного газа. В первых опытах для получения фтора Муассан использовал очень дорогой электролизер, изготовленный из платины (Pt) и иридия (Ir). При этом каждый грамм полученного фтора «съедал» до 6 г платины. Позднее Муассан стал использовать значительно более дешевый медный электролизер. Фтор реагирует с медью (Cu), но при реакции образуется тончайшая пленка фторида, которая препятствует дальнейшему разрушению металла. 3. Получение. На первой стадии получения фтора выделяют фтороводород HF. Приготовление фтороводорода и фтористоводородной (плавиковой) кислоты происходит, как правило, попутно с переработкой фторапатита на фосфорные удобрения. Образующийся при сернокислотной обработке фторапатита газообразный фтороводород далее собирают, сжижают и используют для проведения электролиза. Электролизу можно подвергать как жидкую смесь HF и KF (процесс осуществляется при температуре 15-20°C), так и расплав KH2 F3 (при температуре 70-120°C) или расплав КНF2 (при температуре 245-310°C). В лаборатории для приготовления небольших количеств свободного фтора можно использовать или нагревание MnF4 , при котором происходит отщепление фтора, или нагревание смеси K26 и SbF5 : 2K2 MnF6 + 4SbF56 + 2MnF3 + F2 . Нахождение в природе: содержание фтора в земной коре довольно велико и составляет 0,095% по массе (значительно больше, чем ближайшего аналога фтора по группе — хлора (Cl)). Из-за высокой химической активности фтор в свободном виде, разумеется, не встречается. Важнейшие минералы фтора — это флюорит (плавиковый шпат), а также фторапатит 3Са3 (РО42 и криолит Na3 AlF6 63 , WF6 и других), в том числе и соединений инертных газов >ксенона (Xe) и криптона (Kr). Гексафторид урана UF6 в технике, особенно в тех случаях, когда требуется устойчивость к агрессивным средам, высокой температуре и т. п. 4. Биологическая роль: человека (масса тела 70 кг) содержится 2,6 г фтора; суточная потребность составляет 2-3 мг и удовлетворяется, главным образом, с питьевой водой. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. Поэтому соединения фтора добавляют в зубные пасты, иногда вводят в состав питьевой воды. Избыток фтора в воде, однако, тоже вреден для здоровья. Он приводит к флюорозу — изменению структуры эмали и костной ткани, деформации костей. ПДК для содержания в воде фторид-ионов составляет 0,7 мг/л. ПДК газообразного фтора в воздухе 0,03 мг/м3. Роль фтора в растениях неясна.