Фтор: различия между версиями
Перейти к навигации
Перейти к поиску
imported>Halfcookie Нет описания правки |
imported>Валерий Пасько |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
{{ | {{о|химическом элементе|романе Пирса Энтони|Фтор (роман)}} | ||
{{Другие значения термина|F}} | |||
= {{- | {{Химический элемент | ||
{{ | | имя = Фтор/Fluorum (F) | ||
| символ = F | |||
=== | | номер = 9 | ||
{{ | | внизу = [[Хлор|Cl]] | ||
| | | изображение = Liquid fluorine tighter crop.jpg | ||
| | | подпись = Жидкий фтор | ||
| внешний вид = | |||
| атомная масса = 18,998403162(5)<ref name="iupac atomic weights">{{AtWt2021}}</ref> | |||
| радиус атома = 73 | |||
| энергия ионизации 1 = 1680,0 (17,41) | |||
| группа = 17 (устар. VIIA) | |||
| период = 2 | |||
| блок = <br>[[p-элементы|p-элемент]] | |||
| конфигурация = [He] 2s<sup>2</sup>2p<sup>5</sup><br> 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>5</sup> | |||
| ковалентный радиус = 72 | |||
| радиус иона = (−1e)133 | |||
| электроотрицательность = 3,98 | |||
| электродный потенциал = 2,87 В | |||
| степени окисления = −1, 0 | |||
| плотность = Газ: 0,001693<ref name="ХЭ">{{Химическая энциклопедия|автор= Раков Э. Г.|статья=Фтор|т=5|с=197—199}}</ref> | |||
| теплоёмкость = 31,34<ref name="ХЭ"/> | |||
| теплопроводность = 0,028 | |||
| температура плавления = 53,53 [[Кельвин|К]] (−219,70 °C)<ref name="ХЭ"/> | |||
| теплота плавления = (F—F) 0,5104 | |||
| температура кипения = 85,03 [[Кельвин|К]] (−188,12 °C)<ref name="ХЭ"/> | |||
| теплота испарения = (F—F) 6,544 | |||
| критическая точка К = 144,4 | |||
| критическая точка МПа = 5,215 | |||
| молярный объём = 22,4{{e|3}} | |||
| структура решётки = Моноклинная ({{math|α}}-фтор);<br> Кубическая ({{math|β}}-фтор)<ref name=ivl19/> | |||
| параметры решётки = {{math|α}}-фтор: {{nobr|1={{math|β}} = 102,088(18)°}}; {{nobr|1={{math|''a''}} = 5,4780(12) Å}}; {{nobr|1={{math|''b''}} = 3,2701(7) Å}}; {{nobr|1={{math|''c''}} = 7,2651(17) Å}}<ref name=ivl19/>.<br>{{math|β}}-фтор: {{nobr|1={{math|''a''}} = 5,5314(15)}}<ref name=ivl19/> | |||
| отношение c/a = | |||
| температура Дебая = | |||
| регистрационный номер CAS = 7782-41-4 | |||
| давление нп 1 = 38 | |||
| давление нп 10 = 44 | |||
| давление нп 100 = 50 | |||
| давление нп 1 k = 58 | |||
| давление нп 10 k = 69 | |||
| давление нп 100 k = 85 | |||
| тройная точка К = 53.48 | |||
| тройная точка кПа = 90 | |||
}} | }} | ||
{{Элемент периодической системы|align=center|fontsize=100%|number=9}} | |||
'''Фтор''' ([[Химические знаки|химический символ]] — F, от {{lang-la|Fluorum}}; {{lang-old-ru|флюор}}) — [[химический элемент]] [[Галогены|17-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — главной подгруппы седьмой группы, VIIA) [[Второй период периодической системы|второго периода]] [[периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], с [[атомный номер|атомным номером]] 9. | |||
Является самым химически активным [[неметалл]]ом и сильнейшим окислителем. Фтор относится к группе [[Галогены|галогенов]] и является самым лёгким элементом из этой группы. | |||
Как [[простое вещество]] (при [[Нормальные условия|нормальных условиях]]) фтор — это двухатомный [[газ]] (формула — F<sub>2</sub>) бледно-жёлтого (в толстых слоях — зеленовато-жёлтого) цвета с резким [[запах]]ом, напоминающим [[озон]] или [[хлор]]. При [[Криогеника|криогенных]] температурах представляет собой жёлтую жидкость или бледно-жёлтые кристаллы. | |||
Чрезвычайно [[Токсичность|токсичен]]. Обладает исключительно высокой [[Коррозия|коррозионной]] активностью. | |||
{{Clear|left}} | |||
== | == История == | ||
Первое соединение фтора — [[флюорит]] (плавиковый шпат) [[Кальций|Ca]]F<sub>2</sub> — описано в конце [[XV век]]а под названием «флюор». В [[1771 год]]у [[Шееле, Карл Вильгельм|Карл Шееле]] получил [[плавиковая кислота|плавиковую кислоту]]. При обработке минерала флюорита CaF<sub>2</sub> [[Серная кислота|серной кислотой]] он выделил [[Фтороводород|HF]] в виде водного раствора. Это событие рассматривается в истории [[Химия|химии]] как открытие фтора. Аналогию с [[хлор]]ом предложил в 1810 году [[Ампер, Андре-Мари|Андре Ампер]], его поддержал [[Дэви, Гемфри|Гемфри Дэви]]. Дэви изучил растворения стекла в плавиковой кислоте. | |||
Как химический элемент, входящий в состав плавиковой кислоты, фтор был предсказан в [[1810 год]]у, а выделен в свободном виде лишь 76 лет спустя [[Муассан, Анри|Анри Муассаном]] в [[1886 год]]у [[электролиз]]ом жидкого безводного [[Фтористый водород|фтористого водорода]], содержащего примесь [[Гидрофторид калия|кислого фторида калия KHF<sub>2</sub>]]. | |||
| | |||
| | |||
| | |||
=== | === Происхождение названия === | ||
Название «фтор» (от {{lang-grc|φθόριος}} — ''разрушительный''), предложенное [[Ампер, Андре-Мари|Андре Ампером]] в [[1816 год]]у<ref>[https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6568584z/f30.image Annales de chimie et de physique | 1816 | Gallica<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref>, употребляется в русском, греческом и некоторых других языках. Во многих же других странах приняты названия, производные от старинных названий минерала флюорита CaF<sub>2</sub>, которые в свою очередь происходят от его способности понижать температуру плавления металлургического шлака, образующегося при восстановлении металлов из руд, и увеличивать его текучесть ({{lang-la|fluere}} — течь): например, тот же Ампер в письме [[Дэви, Гемфри|Дэви]] от 6 августа [[1812 год|1812]] предложил слово ''fluorine'', благодаря адресату письма прочно вошедшее в [[английский язык]]. | |||
== Распространение в природе == | |||
Содержание фтора в атомных процентах в природе показано в таблице: | |||
{| class="wikitable" style="float:left; margin-right:1em; clear:left" | |||
! Объект !! Содержание, % | |||
|- | |||
| [[Почва]] || 0,02 | |||
|- | |||
| Воды [[Река|рек]] || 0,00002 | |||
|- | |||
| Воды [[океан]]а || 0,0001 | |||
|- | |||
| [[Зубы человека]]<ref>Главным образом в эмали [[Зубы человека|зубов]].</ref> || 0,01 | |||
|} | |||
В природе значительные скопления фтора содержатся, в основном, в минерале [[флюорит]]е (CaF<sub>2</sub>), содержащем по массе {{nobr|51,3%}} Ca и {{nobr|48,7 %}} F. [[Кларковое число|Кларк]] в земной коре {{nobr|650 г/т.}} | |||
Из растений относительно богаты фтором [[чечевица]] и [[Лук (растение)|лук]]. | |||
| | |||
В [[Почва|почве]] фтор накапливается в результате [[вулкан]]ической деятельности, в составе [[Вулканические газы|вулканических газов]] обычно содержится большое количество [[фтороводород]]а. | |||
== Физические свойства == | |||
При нормальных условиях представляет собой бледно-жёлтый газ. В малых концентрациях в воздухе его запах напоминает одновременно озон и хлор. Очень агрессивен и сильно ядовит. | |||
< | Фтор имеет аномально низкую температуру кипения (85,03 К, −188,12 °C) и плавления (53,53 К, −219,70 °C)<ref name="ХЭ"/>. Это связано с тем, что фтор не имеет [[D-орбиталь|d-подуровня]] и не способен образовывать {{нп5|Дельта-связь|полуторные связи|en|Delta bond}}, в отличие от остальных галогенов (кратность связи в остальных галогенах примерно 1,1)<ref>''Ахметов Н. С.'' Общая и неорганическая химия.</ref>. | ||
{{ | |||
= | Ниже температуры плавления образует кристаллы бледно-жёлтого цвета<ref name=jor64b/><ref name=mey68/>. | ||
== | Плотность газообразного фтора (при 0 °C) 1,696 г/л; жидкого (при −188 °C) 1,516 г/см<sup>3</sup>; твёрдого 1,7 г/см<sup>3</sup> (при −228 °C)<ref name=ХЭ/> или, как получено в более точном измерении, 1,810 г/см<sup>3</sup> (при −225 °C, см. ниже)<ref name=ivl19/>. | ||
=== Электронное строение === | |||
[[Файл:Electron shell 009 Fluorine.svg|thumb|150px|Электронная конфигурация внешнего электронного уровня атома фтора]] | |||
Электронная конфигурация атома фтора: 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>5</sup>. | |||
Атомы фтора в соединениях проявляют [[степень окисления]], равную −1. Положительные степени окисления в соединениях неизвестны, так как фтор является самым [[Электроотрицательность|электроотрицательным]] элементом. | |||
Обозначение квантовохимического [[Спектральный терм|терма]] атома фтора — <sup>2</sup>P<sub>3/2</sub>. | |||
{{ | {{-}} | ||
==== | ==== Строение молекулы ==== | ||
[[Файл:Molekülorbital-Fluor.svg|thumb|250px|Применение метода МО для молекулы F<sub>2</sub>]] | |||
С точки зрения теории молекулярных орбиталей, строение двухатомной молекулы фтора можно охарактеризовать следующей диаграммой. В молекуле присутствует 4 связывающих орбитали и 3 разрыхляющих. Порядок связи в молекуле равен 1. | |||
{{-|left}} | |||
==== | === Кристаллы === | ||
[[Файл:Alpha-fluorine-unit-cell-B-3D-balls.svg|thumb|244px|Кристаллическая структура {{math|α}}-фтора (стабильная при атмосферном давлении)]] | |||
Фтор образует молекулярные кристаллы с двумя кристаллическими модификациями, стабильными при атмосферном давлении: | |||
* {{math|α}}-фтор, непрозрачный, твёрдый и хрупкий<ref name=mey68/>, существует при температуре ниже 45,6 K, кристаллическая решётка {{Крист|синг=1|гр=''C'' 2/''c''|a=0,54780(12)|b=0,32701(7)|c=0,72651(17)|beta=102,088(18)|Z=4|d=1,98|рп=1}} с объёмом элементарной ячейки 0,12726(5) нм³ (при 10 К)<ref name=ХЭ/><ref name=ivl19>{{cite doi|10.1002/chem.201805298}}</ref><ref name=mey68>{{cite doi|10.1063/1.1670323}}</ref><ref>{{cite doi|10.1016/0022-4596(70)90074-5}}</ref>; | |||
* {{math|β}}-фтор, прозрачный, менее плотный и твёрдый<ref name=mey68/>, существует в интервале температур от {{nobr|45,6 К}} до точки плавления {{nobr|53,53 K}}, кристаллическая решётка {{Крист|синг=пк|гр=''Pm''{{overline|3}}''n''|a=0,65314(15)|Z=8|d=1,81|рп=1}} с объёмом элементарной ячейки {{nobr|0,27862(11) нм³}} (при {{nobr|48 К}}), решётка изотипична {{math|γ}}-фазе [[кислород|O<sub>2</sub>]] и {{math|δ}}-фазе [[азот|N<sub>2</sub>]]<ref name=ХЭ/><ref name=ivl19/>. В раннем (но единственном проведённом до 2019 года) эксперименте по изучению структуры {{math|β}}-фтора рентгенографическая плотность кристалла была оценена как {{nobr|1,70(5) г/см³}}<ref name=jor64b>{{cite doi|10.1107/S0365110X6400202X}}</ref><ref name=jor64a>{{cite doi|10.1063/1.1725957}}</ref>, и эта плотность твёрдого фтора цитируется в большинстве справочников. Более точное современное измерение даёт {{nobr|1,8104(12) г/см³}}<ref name=ivl19/>. | |||
= | Фазовый переход между этими кристаллическими фазами фтора более экзотермичен, чем затвердевание жидкого фтора. Фаза [[Ромбическая сингония|ромбической сингонии]] у твёрдого фтора не обнаружена, в отличие от всех прочих галогенов. Молекулы {{math|α}}-фтора разупорядочены по направлению. Длина связи F—F в молекулах составляет {{nobr|0,1404(12) нм}}<ref name=ivl19/>. | ||
= | Даже при столь низких температурах взаимодействие кристаллов фтора со многими веществами приводит к взрыву<ref name=mey68/>. | ||
=== | === Изотопный состав === | ||
{{Основная статья|Изотопы фтора}} | |||
Фтор является моноизотопным элементом: в природе существует только один стабильный [[изотоп]] фтора <sup>19</sup>F. Вследствие моноизотопности и, следовательно, отсутствия разброса в природном изотопном составе атомная масса природного фтора измерена с гораздо лучшей точностью, чем для большинства других элементов. Известны ещё 17 радиоактивных изотопов фтора с [[массовое число|массовым числом]] от 14 до 31 и один [[Изомерия атомных ядер|ядерный изомер]] — <sup>18m</sup>F. Самым долгоживущим из радиоактивных изотопов фтора является <sup>18</sup>F с [[период полураспада|периодом полураспада]] 109,771 минуты, важный источник [[позитрон]]ов, использующийся в [[позитрон-эмиссионная томография|позитрон-эмиссионной томографии]]. | |||
=== | ==== Ядерные свойства изотопов фтора ==== | ||
{ | {| class="wikitable" style="text-align:center;" | ||
| | ! Изотоп !! Относительная масса, [[Атомная единица массы|а. е. м.]] !! Период полураспада !! Тип распада !! Ядерный спин !! Ядерный магнитный момент | ||
| | |- | ||
| | | <sup>17</sup>F || 17,0020952 || 64,5 c || [[Бета-распад|β<sup>+</sup>-распад]] в [[Кислород-17|<sup>17</sup>O]]|| 5/2 || 4,722 | ||
| | |- | ||
| | | <sup>18</sup>F || 18,000938 || 1,83 часа || β<sup>+</sup>-распад в <sup>18</sup>O || 1 || | ||
| | |- | ||
| | | <sup>19</sup>F || 18,99840322 || Стабилен || — || 1/2 || 2,629 | ||
|- | |||
| <sup>20</sup>F || 19,9999813 || 11 c || [[Бета-распад|β<sup>−</sup>-распад]] в [[Неон-20|<sup>20</sup>Ne]] || 2 || 2,094 | |||
|- | |||
| <sup>21</sup>F || 20,999949 || 4,2 c || β<sup>−</sup>-распад в <sup>21</sup>Ne || 5/2 || | |||
|- | |||
| <sup>22</sup>F || 22,00300 || 4,23 c || β<sup>−</sup>-распад в <sup>22</sup>Ne || 4 || | |||
|- | |||
| <sup>23</sup>F || 23,00357 || 2,2 c || β<sup>−</sup>-распад в <sup>23</sup>Ne || 5/2 || | |||
|} | |||
=== | ==== Магнитные свойства ядер ==== | ||
Ядра изотопа <sup>19</sup>F имеют полуцелый спин, поэтому возможно применение этих ядер для [[ЯМР]]-исследований молекул. Спектры ЯМР-<sup>19</sup>F являются достаточно характеристичными для фторорганических соединений. | |||
== | == Химические свойства == | ||
Самый активный [[неметалл]], бурно взаимодействует почти со всеми веществами (кроме [[фториды|фторидов]] в высших степенях окисления и редких исключений — [[фторопласты|фторопластов]]) и с большинством из них — с горением и взрывом. | |||
< | Образует соединения со всеми химическими элементами, кроме [[гелий|гелия]] и [[неон]]а. Известно лишь два соединения с [[аргон]]ом, существующих только при температуре ниже температуры кипения водорода (то есть около абсолютного нуля), и только одно из них содержит фтор — [[гидрофторид аргона|гидрофторид (фторид-гидрид) аргона HArF]]<ref>{{Статья|автор=Khriachtchev L. et al.|заглавие=A stable argon compound|издание=Nature |год=2000 |том=406 |выпуск=6798 |страницы=874–876 |issn=1476-4687|doi=10.1038/35022551|ссылка=https://www.nature.com/articles/35022551|язык=en}}</ref>. | ||
{{ | |||
= {{- | К воздействию фтора при комнатной температуре устойчивы некоторые металлы (в компактном виде) за счёт образования на их поверхности плотной плёнки фторида, тормозящей реакцию со фтором, например, Al, Mg, Cu, Fe, Ni; однако эти же металлы в виде мелкого порошка бурно реагируют даже с жидким фтором<ref name=gre98>{{книга|автор=Greenwood N. N., Earnshaw A. |часть=|заглавие=Chemistry of the Elements|оригинал= |ссылка=|издание=2nd Ed. |ответственный=|место=|издательство=Butterworth Heinemann |год=1998 |том=|страницы=804—821 |страниц=1341 |isbn=978-0-7506-3365-9|тираж=|язык=en}}</ref>. Контакт фтора с [[водород]]ом приводит к воспламенению и взрыву в кварцевых сосудах даже при очень низких температурах (до −252 {{Градус Цельсия}}), в магниевых сосудах для начала реакции нужен небольшой нагрев. | ||
Почти все простые вещества энергично реагируют со фтором; к исключениям относятся только [[гелий]], [[неон]], [[аргон]], [[азот]] и [[кислород]]<ref name=kar2000/>. Криптон взаимодействует со фтором в электрическом разряде<ref name=kar2000/>. При комнатной температуре фтор не реагирует с сухим [[Сульфат калия|сульфатом калия]], [[Углекислый газ|углекислым газом]] и [[Закись азота|закисью азота]]. Без примеси [[фтороводород]]а при комнатной температуре не действует на стекло. Не реагирует с [[тетрафторметан]]ом и другими [[перфторуглероды|насыщенными фторуглеродами]]. | |||
{{ | В атмосфере фтора горят даже [[вода]], [[платина]] и [[ксенон]]<ref name=kar2000>{{книга|автор=Карапетьянц М. Х., Дракин С. И.|часть=|заглавие=Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов|оригинал=|ссылка=https://books.google.com/books?id=axL7AgAAQBAJ&pg=PA458|издание=Изд. 4-е, стереотипное|ответственный=|место=М|издательство=Химия|год=2000|том=|страницы=458|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru|access-date=2024-07-01|archive-date=2024-07-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20240701092354/https://books.google.com/books?id=axL7AgAAQBAJ&pg=PA458|url-status=live}}</ref>. | ||
Фтор способен вытеснять другие галогены из их солей: | |||
: <chem>2NaBr + F2 -> 2NaF + Br2 ^</chem>, | |||
: <chem>2NaCl + F2 -> 2NaF + Cl2 ^</chem>. | |||
Реакция между щелочами и фтором: | |||
: <chem>2NaOH + 2F2 -> 2NaF + OF2 + H2O</chem>. | |||
Продукты реакции фтора с водой, в зависимости от условий её протекания, могут различаться: | |||
: <chem>2F2 + 2H2O -> 4HF ^ + O2 ^</chem>, | |||
: <chem>12F2 + 11H2O -> 19HF ^ + H2O2 + HOF ^ + O2 ^ + O3 ^ + OF2 ^ + O2F2 ^</chem> | |||
= | Высокая энергия связи H-F позволяет осуществляться реакциям [[гидрид]]ов со фтором, где образуется фтороводород (кроме вышеупомянутой воды, со фтором реагируют [[Аммиак|NH<sub>3</sub>]], [[диборан|B<sub>2</sub>H<sub>6</sub>]], [[Моносилан|SiH<sub>4</sub>]], [[Гидрид алюминия|AlH<sub>3</sub>]] и т. д.)<ref name=kar2000/>. | ||
К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например: | |||
: <chem>2CoF3 -> 2CoF2 + F2 ^</chem>, | |||
: <chem>2MnF4 -> 2MnF3 + F2 ^</chem>. | |||
Фтор также способен окислять в электрическом разряде [[кислород]], образуя [[Фторид кислорода(II)|дифторид кислорода]] OF<sub>2</sub> и [[диоксидифторид]] O<sub>2</sub>F<sub>2</sub>. Под давлением или при облучении ультрафиолетом реагирует с [[криптон]]ом и [[ксенон]]ом с образованием фторидов благородных газов. | |||
< | Во всех соединениях фтор проявляет степень окисления −1. Чтобы фтор проявлял положительную степень окисления, требуется создание [[эксимер]]ных молекул или иные экстремальные условия. Это требует искусственной ионизации атомов фтора<ref>Энциклопедический словарь юного химика. Для среднего и старшего возраста. Москва, Педагогика-Пресс. 1999 год.</ref>. Элементы в соединениях со фтором часто проявляют высшие степени окисления<ref name=kar2000/>. | ||
= | == Получение == | ||
[[Файл:Fluor laboratory method.svg|thumb|200px|Лабораторный метод получения фтора]] | |||
Промышленный способ получения фтора включает добычу и обогащение флюоритовых руд, [[Серная кислота|сернокислотное]] разложение их концентрата с образованием безводного [[Фтороводород|HF]] и его [[Электролиз|электролитическое]] разложение. | |||
Для лабораторного получения фтора используют разложение некоторых соединений, но все они не встречаются в природе в достаточном количестве, и их получают с помощью свободного фтора. | |||
{{ | === Лабораторный метод === | ||
* В лабораторных условиях фтор можно получать с помощью показанной установки. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF, помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород — из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из [[Фторид кальция|фторида кальция]] со смазкой из [[Оксид свинца(II)|оксида свинца(II)]] и [[глицерин]]а. | |||
* В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия первого получения свободного фтора, {{iw|Кристе. Карл|Карл Кристе|en|Karl O. Christe}} открыл<ref>{{cite doi|10.1021/ic00241a001}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://hij.ru/read/682/|title=Неуловимый разрушитель {{!}} Научно-популярный журнал «Химия и жизнь» 2012 №3|website=hij.ru|access-date=2025-01-09}}</ref> способ чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K<sub>2</sub>MnF<sub>6</sub> и [[Фторид сурьмы(V)|SbF<sub>5</sub>]] при 150 °C<ref name=gre98/><ref>{{книга|автор=Гринвуд Н., Эрншо А.|часть=|заглавие=Химия элементов|ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=БИНОМ. Лаборатория знаний|год=2008|том=2|страницы=147—148, 169 — химический синтез фтора|страниц=|isbn=|тираж=}}</ref>: | |||
:: <chem>2K2MnF6 + 4SbF5 -> 4KSbF6 + 2MnF3 + F2 ^</chem> | |||
: Он основан на вытеснении слабой [[Кислота Льюиса|кислоты Льюиса]] [MnF<sub>4</sub>] из её соли K<sub>2</sub>MnF<sub>6</sub> более сильной кислотой Льюиса SbF<sub>5</sub>. Образовавшийся [[тетрафторид марганца|тетрафторид марганца MnF<sub>4</sub>]] термодинамически неустойчив и спонтанно разлагается до [[трифторид марганца|MnF<sub>3</sub>]] с выделением элементарного фтора. Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен; кроме того, все компоненты для данных реакций могут быть получены без использования газообразного фтора. | |||
* Также для лабораторного получения фтора можно использовать нагрев [[фторид кобальта(III)|фторида кобальта(III)]] до 300 °C, разложение фторидов серебра и некоторые другие способы. | |||
==== | === Промышленный метод === | ||
Промышленное производство фтора осуществляется [[электролиз]]ом расплава кислого фторида калия KF·2HF (часто с добавлениями [[Фторид лития|фторида лития]]), который образуется при насыщении расплава KF фтористым водородом до содержания 40—41 % HF. Процесс электролиза проводят при температурах около 100 °C в стальных электролизёрах со стальным [[катод]]ом и угольным [[анод]]ом. | |||
==== | == Хранение == | ||
Фтор хранят в газообразном состоянии (под давлением) и в жидком виде (при охлаждении жидким азотом) в аппаратах из [[никель|никеля]] и сплавов на его основе ([[монель-металл]]), из [[медь|меди]], [[алюминий|алюминия]] и его сплавов, [[латунь|латуни]], [[нержавеющая сталь|нержавеющей стали]] (это возможно, потому что эти металлы и сплавы покрываются плёнкой фторидов, которая защищает от дальнейшей реакции со фтором<ref>{{Cite web |url=http://n-t.ru/ri/ps/pb009.htm |title=Фтор в Популярной библиотеке химических элементов |access-date=2007-03-25 |archive-date=2007-09-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20070930170905/http://n-t.ru/ri/ps/pb009.htm |url-status=live }}</ref>). | |||
==== | == Применение == | ||
Фтор используется для получения: | |||
* [[фреон]]ов — широко распространённых [[хладагент]]ов; | |||
* [[фторопласт]]ов — химически инертных и негорючих [[Полимеры|полимеров]]; | |||
* [[Фторкаучуки|фторкаучуков]] — химически инертных и негорючих [[эластомер]]ов; | |||
* [[элегаз]]а SF<sub>6</sub> — газообразного [[Изоляционные материалы|изолятора]], применяемого в высоковольтной электротехнике; | |||
* [[Гексафторид урана|гексафторида урана]] UF<sub>6</sub>, применяемого для [[обогащение урана|разделения изотопов]] [[Уран (элемент)|урана]] в ядерной промышленности; | |||
* [[Гексафтороалюминат натрия|гексафтороалюмината натрия]] — электролита для получения [[Алюминий|алюминия]] путём [[электролиз]]а; | |||
* [[фториды|фторидов]] металлов (например, [[Вольфрам|W]] и [[Ванадий|V]]), которые обладают некоторыми полезными свойствами. | |||
* Фтористые соединения используются в электролитах литиевых аккумуляторов для создания диэлектрического слоя между катодом и анодом. | |||
=== | === Ракетная техника === | ||
{{Основная статья|Соединения фтора в ракетной технике}} | |||
Фтор и некоторые его соединения являются сильными окислителями, поэтому могут применяться в качестве окислителя в [[ракетное топливо|ракетных топливах]]. Очень высокая эффективность фтора вызывала значительный интерес к нему и его соединениям. На заре космической эры в [[СССР]] и других странах существовали программы исследования фторсодержащих видов ракетного топлива. Однако продукты горения с фторсодержащими окислителями токсичны. Поэтому топлива на основе фтора не получили распространения в современной ракетной технике. | |||
=== | === Применение в медицине === | ||
{{ | {{Основная статья|Соединения фтора в медицине}} | ||
Фторированные углеводороды (например [[перфтордекалин]]) применяются в медицине как кровезаменители. Существует множество медицинских препаратов, содержащих фтор в структуре ([[фторотан]], [[фторурацил]], [[флуоксетин]], [[галоперидол]] и др.). Фториды натрия, калия и др. в строго дозированных микроколичествах применяются для профилактики кариеса (см. ниже). | |||
| | |||
}} | |||
=== | == Биологическая и физиологическая роль == | ||
Фтор является жизненно необходимым для организма элементом<ref>{{статья|автор=Янин Е. П.|заглавие=Биогеохимическая роль и эколого-гигиеническое значение фтора|издание=Проблемы окружающей среды и природных ресурсов|год=2009|том=|выпуск=|номер=4|страницы=20—108|ссылка=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref><ref>{{статья|автор=Osamu W. |заглавие==What are Trace Elements? Their deficiency and excess states|издание=JMAJ|год=2004|том=47|выпуск=|номер=8|страницы=|ссылка=https://www.med.or.jp/english/pdf/2004_08/351_358.pdf|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=en|archive-date=2017-03-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20170329161110/http://www.med.or.jp/english/pdf/2004_08/351_358.pdf}}</ref>. Основным источником поступления фтора в организм человека является питьевая вода<ref>{{статья|автор=Канатникова Н. В., Захарченко Г. Л.|заглавие=Физиологическая роль фтора и его содержание в питьевой воде Орловской области|издание=Здоровье населения и среда обитания|год=2010|том=|выпуск=|номер=5(206)|страницы=40—43|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/fiziologicheskaya-rol-ftora-i-ego-soderzhanie-v-pitievoy-vode-orlovskoy-oblasti|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref>. В организме человека преобладающая концентрация фтора содержится в эмали зубов в составе [[фторапатит]]а — Ca<sub>5</sub>F(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> — и в костях. Общее содержание составляет 2,6 г, в том числе в костях 2,5 г<ref name=ХЭ/>. Нормальное суточное поступление фтора в организм человека равно 2,5—3,5 мг<ref name=ХЭ/>. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариес, [[пародонтоз]], [[флюороз]] (крапчатость эмали) и [[остеосаркома]]. Также избыточное потребление фтора может приводить к поражениям костной системы<ref>По данным National Toxicology Program</ref><ref>{{статья|автор=Синицына О. О. и др.|заглавие=Эссенциальные элементы и их нормирование в питьевой воде|издание=Анализ риска здоровью|год=2020 |том=|выпуск=|номер=3 |страницы=30—36 |ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/essentsialnye-elementy-i-ih-normirovanie-v-pitievoy-vode|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref>. | |||
Малое содержание фтора разрушает эмаль за счёт вымывания фтора из фторапатита с образованием гидроксоапатита, и наоборот. | |||
< | Для профилактики кариеса рекомендуется использовать зубные пасты с добавками фторидов (натрия и/или олова), употреблять фторированную воду (до концентрации 1 мг/л) или применять местные аппликации 1—2 % раствором фторида натрия или фторида олова. Такие действия могут сократить вероятность появления кариеса на 30—50 %<ref>{{Cite web |url=https://test.org.ua/minerals/6 |title=Справочник потребителя |access-date=2020-04-29 |archive-date=2021-02-26 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210226193020/https://test.org.ua/minerals/6 |url-status=live }}</ref>. | ||
{{ | |||
Предельно допустимая концентрация связанного фтора (в виде фторидов и фторорганических соединений) в воздухе промышленных помещений равна 0,0005 мг/литр воздуха. | |||
=== | == Токсикология == | ||
{| align="right" | |||
|- | |||
|{{NFPA 704 | |||
| опасность для здоровья = 4 | |||
| огнеопасность = 0 | |||
| реакционноспособность = 4 | |||
| прочее = W+OX}} | |||
|} | |||
[[Файл:Skull and Crossbones.svg|слева|75пкс]] | |||
[[Файл:Hazard O.svg|80px|right]] | |||
[[Файл:Hazard N.svg|80px|right]] | |||
Фтор представляет собой чрезвычайно агрессивное химическое вещество. Сильно ядовит, является сильным окислителем. Раздражающие свойства в несколько раз сильнее, чем у [[фтороводород]]а. Фтор — «судорожный яд», как и значительное число его соединений. Обладает кумулятивным действием. В организм проникает главным образом ингаляционным и пероральным путями. Характерные проявления интоксикации при ингаляционном воздействии сводятся к болезненности и жжению в области носа, глотки, за грудиной, кровотечению из носа, сухому кашлю. Возможен спазм гортани и бронхиальной мускулатуры. При осмотре обнаруживаются гиперемия, отёчность и некрозы слизистых оболочек носоглотки, изъязвления и даже прободения носовой перегородки. Слизистые дыхательных путей также некротизируются и покрываются жёлтыми корочками. | |||
При лёгких ингаляционных отравлениях фтором и его соединениями, как правило, ограничиваются развитием ринофаринголарингита и трахеобронхита на фоне общей слабости, утомляемости, лабильности пульса и АД. — отравление «маскируется» под «простуду», что затрудняет своевременную диагностику и лечение. | |||
При поражениях фтором и его соединениями средней тяжести диагностируются глубокие бронхиты, и, с задержкой, пневмонии; а также судороги и гепатиты. | |||
В случае тяжёлых отравлений развиваются поражение тканей и токсический отёк лёгких, коматозное состояние, судороги. | |||
Резорбтивное действие объясняется возможностью фтора вступать в свободно-радикальные реакции с тканями организма — осаждение кальция из сыворотки крови и тканевой жидкости в форме фторида, приводящие к глубоким нарушениям в обмене веществ, замедлению свёртываемости крови, нарушению кислотно-основного соотношения крови, нарушению нервно-мышечной проводимости, увеличению проницаемости сосудистых стенок. Кроме того, фтор нарушает функционирование ряда ферментных систем, взаимодействуя с магнием, марганцем, железом, цинком, входящих, как и кальция, в состав энзимов, являясь их активаторами или ингибиторами. Отравления фтором нарушает активность ферментов, использующих микроэлементы в качестве кофакторов, например снижается активность энолазы (нарушение гликолиза и синтеза макроэргов), аденозинтрифосфатазы, глутаминсинтетазы. | |||
==== | Ожоги глаз и кожных покровов наблюдаются при непосредственном контакте с фтором. Контакт кожи с газом в течение 2 секунд вызывает термический ожог II степени; воздействие в концентрации 0,15—0,30 мг/л приводит к раздражению открытых участков кожи. При обследовании 252 человек, подвергающихся воздействию фтора, у 57 обнаружены [[конъюнктивит]]ы или [[экзема век]]<ref>{{книга|автор=Лазарев Н. В., Гадаскина И. Д. |часть=|заглавие=Вредные вещества в промышленности|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=|издательство=|год=|том=3|страницы=19|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>. | ||
Фтор депонируется в костях и медленно, в течение нескольких лет, выводится из организма почками и кишечником. | |||
== | == См. также == | ||
* [[Соединения фтора в ракетной технике]] | |||
{{Дерево статей|Соединения фтора}} | |||
==== | == Литература == | ||
* {{книга|автор=Рысс И. Г.|часть=|заглавие=Химия фтора и его неорганических соединений|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=Госхимиздат|год=1966 |том=|страницы=|страниц=718 |isbn=|тираж=|язык=ru}} | |||
* {{книга|автор=Некрасов Б. В.|часть=|заглавие=Основы общей химии|оригинал= |ссылка=|издание=3-е изд|ответственный=|место=М.|издательство=Химия|год=1973 |том=1|страницы=656 с.|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}} | |||
* {{книга|автор=|часть=|заглавие=Военная токсикология, радиология и медицинская защита : Учебник|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=Ленинград|издательство=ВМА им. С. М. Кирова|год=1987 |том=|страницы=|страниц=356|isbn=|тираж=|язык=ru}} | |||
==== | == Примечания == | ||
{{примечания}} | |||
== | == Ссылки == | ||
{{ | {{Родственные проекты | ||
|Тема = Фтор | |||
|Викисловарь=фтор | |||
|Викицитатник=Фтор | |||
| | |||
| | |||
| | |||
}} | }} | ||
* [http://www.medline.ru/public/art/tom5/art8-perf1.phtml Информация о Перфторане] | |||
* {{статья|автор=Иваницкий Г. Р., Воробьев С. И. |заглавие=Кровезаменитель «Перфторан»|издание=[[Вестник РАН]]|год=1997|том=67|выпуск=|номер=11|страницы=998—1013|ссылка=http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/VRAN/PF/PERFTOR.HTM|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}} | |||
{{Внешние ссылки}} | |||
{{Периодическая система элементов}} | |||
{{Фториды}} | |||
{{ | |||
{{ | |||
[[Категория:Химические элементы]] | |||
[[Категория:Галогены]] | |||
[[Категория:Неметаллы]] | |||
[[Категория:Фтор| ]] | |||
Текущая версия от 20:56, 13 февраля 2026
Шаблон:О Шаблон:Другие значения термина Шаблон:Химический элемент Шаблон:Элемент периодической системы Фтор (химический символ — F, от лат. Fluorum; Шаблон:Lang-old-ru) — химический элемент 17-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы седьмой группы, VIIA) второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 9.
Является самым химически активным неметаллом и сильнейшим окислителем. Фтор относится к группе галогенов и является самым лёгким элементом из этой группы.
Как простое вещество (при нормальных условиях) фтор — это двухатомный газ (формула — F2) бледно-жёлтого (в толстых слоях — зеленовато-жёлтого) цвета с резким запахом, напоминающим озон или хлор. При криогенных температурах представляет собой жёлтую жидкость или бледно-жёлтые кристаллы.
Чрезвычайно токсичен. Обладает исключительно высокой коррозионной активностью. Шаблон:Clear
История
Первое соединение фтора — флюорит (плавиковый шпат) CaF2 — описано в конце XV века под названием «флюор». В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту. При обработке минерала флюорита CaF2 серной кислотой он выделил HF в виде водного раствора. Это событие рассматривается в истории химии как открытие фтора. Аналогию с хлором предложил в 1810 году Андре Ампер, его поддержал Гемфри Дэви. Дэви изучил растворения стекла в плавиковой кислоте.
Как химический элемент, входящий в состав плавиковой кислоты, фтор был предсказан в 1810 году, а выделен в свободном виде лишь 76 лет спустя Анри Муассаном в 1886 году электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF2.
Происхождение названия
Название «фтор» (от Шаблон:Lang-grc — разрушительный), предложенное Андре Ампером в 1816 году<ref>Annales de chimie et de physique | 1816 | Gallica</ref>, употребляется в русском, греческом и некоторых других языках. Во многих же других странах приняты названия, производные от старинных названий минерала флюорита CaF2, которые в свою очередь происходят от его способности понижать температуру плавления металлургического шлака, образующегося при восстановлении металлов из руд, и увеличивать его текучесть (лат. fluere — течь): например, тот же Ампер в письме Дэви от 6 августа 1812 предложил слово fluorine, благодаря адресату письма прочно вошедшее в английский язык.
Распространение в природе
Содержание фтора в атомных процентах в природе показано в таблице:
| Объект | Содержание, % |
|---|---|
| Почва | 0,02 |
| Воды рек | 0,00002 |
| Воды океана | 0,0001 |
| Зубы человека<ref>Главным образом в эмали зубов.</ref> | 0,01 |
В природе значительные скопления фтора содержатся, в основном, в минерале флюорите (CaF2), содержащем по массе Шаблон:Nobr Ca и Шаблон:Nobr F. Кларк в земной коре Шаблон:Nobr
Из растений относительно богаты фтором чечевица и лук.
В почве фтор накапливается в результате вулканической деятельности, в составе вулканических газов обычно содержится большое количество фтороводорода.
Физические свойства
При нормальных условиях представляет собой бледно-жёлтый газ. В малых концентрациях в воздухе его запах напоминает одновременно озон и хлор. Очень агрессивен и сильно ядовит.
Фтор имеет аномально низкую температуру кипения (85,03 К, −188,12 °C) и плавления (53,53 К, −219,70 °C)<ref name="ХЭ"/>. Это связано с тем, что фтор не имеет d-подуровня и не способен образовывать Шаблон:Нп5, в отличие от остальных галогенов (кратность связи в остальных галогенах примерно 1,1)<ref>Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия.</ref>.
Ниже температуры плавления образует кристаллы бледно-жёлтого цвета<ref name=jor64b/><ref name=mey68/>.
Плотность газообразного фтора (при 0 °C) 1,696 г/л; жидкого (при −188 °C) 1,516 г/см3; твёрдого 1,7 г/см3 (при −228 °C)<ref name=ХЭ/> или, как получено в более точном измерении, 1,810 г/см3 (при −225 °C, см. ниже)<ref name=ivl19/>.
Электронное строение
Электронная конфигурация атома фтора: 1s22s22p5.
Атомы фтора в соединениях проявляют степень окисления, равную −1. Положительные степени окисления в соединениях неизвестны, так как фтор является самым электроотрицательным элементом.
Обозначение квантовохимического терма атома фтора — 2P3/2. Шаблон:-
Строение молекулы
С точки зрения теории молекулярных орбиталей, строение двухатомной молекулы фтора можно охарактеризовать следующей диаграммой. В молекуле присутствует 4 связывающих орбитали и 3 разрыхляющих. Порядок связи в молекуле равен 1. Шаблон:-
Кристаллы
Фтор образует молекулярные кристаллы с двумя кристаллическими модификациями, стабильными при атмосферном давлении:
- Шаблон:Math-фтор, непрозрачный, твёрдый и хрупкий<ref name=mey68/>, существует при температуре ниже 45,6 K, кристаллическая решётка Шаблон:Крист с объёмом элементарной ячейки 0,12726(5) нм³ (при 10 К)<ref name=ХЭ/><ref name=ivl19>Шаблон:Cite doi</ref><ref name=mey68>Шаблон:Cite doi</ref><ref>Шаблон:Cite doi</ref>;
- Шаблон:Math-фтор, прозрачный, менее плотный и твёрдый<ref name=mey68/>, существует в интервале температур от Шаблон:Nobr до точки плавления Шаблон:Nobr, кристаллическая решётка Шаблон:Крист с объёмом элементарной ячейки Шаблон:Nobr (при Шаблон:Nobr), решётка изотипична Шаблон:Math-фазе O2 и Шаблон:Math-фазе N2<ref name=ХЭ/><ref name=ivl19/>. В раннем (но единственном проведённом до 2019 года) эксперименте по изучению структуры Шаблон:Math-фтора рентгенографическая плотность кристалла была оценена как Шаблон:Nobr<ref name=jor64b>Шаблон:Cite doi</ref><ref name=jor64a>Шаблон:Cite doi</ref>, и эта плотность твёрдого фтора цитируется в большинстве справочников. Более точное современное измерение даёт Шаблон:Nobr<ref name=ivl19/>.
Фазовый переход между этими кристаллическими фазами фтора более экзотермичен, чем затвердевание жидкого фтора. Фаза ромбической сингонии у твёрдого фтора не обнаружена, в отличие от всех прочих галогенов. Молекулы Шаблон:Math-фтора разупорядочены по направлению. Длина связи F—F в молекулах составляет Шаблон:Nobr<ref name=ivl19/>.
Даже при столь низких температурах взаимодействие кристаллов фтора со многими веществами приводит к взрыву<ref name=mey68/>.
Изотопный состав
Ошибка скрипта: Модуля «Основная статья» не существует. Фтор является моноизотопным элементом: в природе существует только один стабильный изотоп фтора 19F. Вследствие моноизотопности и, следовательно, отсутствия разброса в природном изотопном составе атомная масса природного фтора измерена с гораздо лучшей точностью, чем для большинства других элементов. Известны ещё 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31 и один ядерный изомер — 18mF. Самым долгоживущим из радиоактивных изотопов фтора является 18F с периодом полураспада 109,771 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.
Ядерные свойства изотопов фтора
| Изотоп | Относительная масса, а. е. м. | Период полураспада | Тип распада | Ядерный спин | Ядерный магнитный момент |
|---|---|---|---|---|---|
| 17F | 17,0020952 | 64,5 c | β+-распад в 17O | 5/2 | 4,722 |
| 18F | 18,000938 | 1,83 часа | β+-распад в 18O | 1 | |
| 19F | 18,99840322 | Стабилен | — | 1/2 | 2,629 |
| 20F | 19,9999813 | 11 c | β−-распад в 20Ne | 2 | 2,094 |
| 21F | 20,999949 | 4,2 c | β−-распад в 21Ne | 5/2 | |
| 22F | 22,00300 | 4,23 c | β−-распад в 22Ne | 4 | |
| 23F | 23,00357 | 2,2 c | β−-распад в 23Ne | 5/2 |
Магнитные свойства ядер
Ядра изотопа 19F имеют полуцелый спин, поэтому возможно применение этих ядер для ЯМР-исследований молекул. Спектры ЯМР-19F являются достаточно характеристичными для фторорганических соединений.
Химические свойства
Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами (кроме фторидов в высших степенях окисления и редких исключений — фторопластов) и с большинством из них — с горением и взрывом.
Образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия и неона. Известно лишь два соединения с аргоном, существующих только при температуре ниже температуры кипения водорода (то есть около абсолютного нуля), и только одно из них содержит фтор — гидрофторид (фторид-гидрид) аргона HArF<ref>Шаблон:Статья</ref>.
К воздействию фтора при комнатной температуре устойчивы некоторые металлы (в компактном виде) за счёт образования на их поверхности плотной плёнки фторида, тормозящей реакцию со фтором, например, Al, Mg, Cu, Fe, Ni; однако эти же металлы в виде мелкого порошка бурно реагируют даже с жидким фтором<ref name=gre98>Шаблон:Книга</ref>. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву в кварцевых сосудах даже при очень низких температурах (до −252 Шаблон:Градус Цельсия), в магниевых сосудах для начала реакции нужен небольшой нагрев.
Почти все простые вещества энергично реагируют со фтором; к исключениям относятся только гелий, неон, аргон, азот и кислород<ref name=kar2000/>. Криптон взаимодействует со фтором в электрическом разряде<ref name=kar2000/>. При комнатной температуре фтор не реагирует с сухим сульфатом калия, углекислым газом и закисью азота. Без примеси фтороводорода при комнатной температуре не действует на стекло. Не реагирует с тетрафторметаном и другими насыщенными фторуглеродами.
В атмосфере фтора горят даже вода, платина и ксенон<ref name=kar2000>Шаблон:Книга</ref>.
Фтор способен вытеснять другие галогены из их солей:
- <chem>2NaBr + F2 -> 2NaF + Br2 ^</chem>,
- <chem>2NaCl + F2 -> 2NaF + Cl2 ^</chem>.
Реакция между щелочами и фтором:
- <chem>2NaOH + 2F2 -> 2NaF + OF2 + H2O</chem>.
Продукты реакции фтора с водой, в зависимости от условий её протекания, могут различаться:
- <chem>2F2 + 2H2O -> 4HF ^ + O2 ^</chem>,
- <chem>12F2 + 11H2O -> 19HF ^ + H2O2 + HOF ^ + O2 ^ + O3 ^ + OF2 ^ + O2F2 ^</chem>
Высокая энергия связи H-F позволяет осуществляться реакциям гидридов со фтором, где образуется фтороводород (кроме вышеупомянутой воды, со фтором реагируют NH3, B2H6, SiH4, AlH3 и т. д.)<ref name=kar2000/>.
К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например:
- <chem>2CoF3 -> 2CoF2 + F2 ^</chem>,
- <chem>2MnF4 -> 2MnF3 + F2 ^</chem>.
Фтор также способен окислять в электрическом разряде кислород, образуя дифторид кислорода OF2 и диоксидифторид O2F2. Под давлением или при облучении ультрафиолетом реагирует с криптоном и ксеноном с образованием фторидов благородных газов.
Во всех соединениях фтор проявляет степень окисления −1. Чтобы фтор проявлял положительную степень окисления, требуется создание эксимерных молекул или иные экстремальные условия. Это требует искусственной ионизации атомов фтора<ref>Энциклопедический словарь юного химика. Для среднего и старшего возраста. Москва, Педагогика-Пресс. 1999 год.</ref>. Элементы в соединениях со фтором часто проявляют высшие степени окисления<ref name=kar2000/>.
Получение
Промышленный способ получения фтора включает добычу и обогащение флюоритовых руд, сернокислотное разложение их концентрата с образованием безводного HF и его электролитическое разложение.
Для лабораторного получения фтора используют разложение некоторых соединений, но все они не встречаются в природе в достаточном количестве, и их получают с помощью свободного фтора.
Лабораторный метод
- В лабораторных условиях фтор можно получать с помощью показанной установки. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF, помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород — из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из фторида кальция со смазкой из оксида свинца(II) и глицерина.
- В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия первого получения свободного фтора, Шаблон:Iw открыл<ref>Шаблон:Cite doi</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref> способ чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K2MnF6 и SbF5 при 150 °C<ref name=gre98/><ref>Шаблон:Книга</ref>:
- <chem>2K2MnF6 + 4SbF5 -> 4KSbF6 + 2MnF3 + F2 ^</chem>
- Он основан на вытеснении слабой кислоты Льюиса [MnF4] из её соли K2MnF6 более сильной кислотой Льюиса SbF5. Образовавшийся тетрафторид марганца MnF4 термодинамически неустойчив и спонтанно разлагается до MnF3 с выделением элементарного фтора. Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен; кроме того, все компоненты для данных реакций могут быть получены без использования газообразного фтора.
- Также для лабораторного получения фтора можно использовать нагрев фторида кобальта(III) до 300 °C, разложение фторидов серебра и некоторые другие способы.
Промышленный метод
Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·2HF (часто с добавлениями фторида лития), который образуется при насыщении расплава KF фтористым водородом до содержания 40—41 % HF. Процесс электролиза проводят при температурах около 100 °C в стальных электролизёрах со стальным катодом и угольным анодом.
Хранение
Фтор хранят в газообразном состоянии (под давлением) и в жидком виде (при охлаждении жидким азотом) в аппаратах из никеля и сплавов на его основе (монель-металл), из меди, алюминия и его сплавов, латуни, нержавеющей стали (это возможно, потому что эти металлы и сплавы покрываются плёнкой фторидов, которая защищает от дальнейшей реакции со фтором<ref>Шаблон:Cite web</ref>).
Применение
Фтор используется для получения:
- фреонов — широко распространённых хладагентов;
- фторопластов — химически инертных и негорючих полимеров;
- фторкаучуков — химически инертных и негорючих эластомеров;
- элегаза SF6 — газообразного изолятора, применяемого в высоковольтной электротехнике;
- гексафторида урана UF6, применяемого для разделения изотопов урана в ядерной промышленности;
- гексафтороалюмината натрия — электролита для получения алюминия путём электролиза;
- фторидов металлов (например, W и V), которые обладают некоторыми полезными свойствами.
- Фтористые соединения используются в электролитах литиевых аккумуляторов для создания диэлектрического слоя между катодом и анодом.
Ракетная техника
Ошибка скрипта: Модуля «Основная статья» не существует. Фтор и некоторые его соединения являются сильными окислителями, поэтому могут применяться в качестве окислителя в ракетных топливах. Очень высокая эффективность фтора вызывала значительный интерес к нему и его соединениям. На заре космической эры в СССР и других странах существовали программы исследования фторсодержащих видов ракетного топлива. Однако продукты горения с фторсодержащими окислителями токсичны. Поэтому топлива на основе фтора не получили распространения в современной ракетной технике.
Применение в медицине
Ошибка скрипта: Модуля «Основная статья» не существует. Фторированные углеводороды (например перфтордекалин) применяются в медицине как кровезаменители. Существует множество медицинских препаратов, содержащих фтор в структуре (фторотан, фторурацил, флуоксетин, галоперидол и др.). Фториды натрия, калия и др. в строго дозированных микроколичествах применяются для профилактики кариеса (см. ниже).
Биологическая и физиологическая роль
Фтор является жизненно необходимым для организма элементом<ref>Шаблон:Статья</ref><ref>Шаблон:Статья</ref>. Основным источником поступления фтора в организм человека является питьевая вода<ref>Шаблон:Статья</ref>. В организме человека преобладающая концентрация фтора содержится в эмали зубов в составе фторапатита — Ca5F(PO4)3 — и в костях. Общее содержание составляет 2,6 г, в том числе в костях 2,5 г<ref name=ХЭ/>. Нормальное суточное поступление фтора в организм человека равно 2,5—3,5 мг<ref name=ХЭ/>. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариес, пародонтоз, флюороз (крапчатость эмали) и остеосаркома. Также избыточное потребление фтора может приводить к поражениям костной системы<ref>По данным National Toxicology Program</ref><ref>Шаблон:Статья</ref>.
Малое содержание фтора разрушает эмаль за счёт вымывания фтора из фторапатита с образованием гидроксоапатита, и наоборот.
Для профилактики кариеса рекомендуется использовать зубные пасты с добавками фторидов (натрия и/или олова), употреблять фторированную воду (до концентрации 1 мг/л) или применять местные аппликации 1—2 % раствором фторида натрия или фторида олова. Такие действия могут сократить вероятность появления кариеса на 30—50 %<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Предельно допустимая концентрация связанного фтора (в виде фторидов и фторорганических соединений) в воздухе промышленных помещений равна 0,0005 мг/литр воздуха.
Токсикология
| Шаблон:NFPA 704 |
Фтор представляет собой чрезвычайно агрессивное химическое вещество. Сильно ядовит, является сильным окислителем. Раздражающие свойства в несколько раз сильнее, чем у фтороводорода. Фтор — «судорожный яд», как и значительное число его соединений. Обладает кумулятивным действием. В организм проникает главным образом ингаляционным и пероральным путями. Характерные проявления интоксикации при ингаляционном воздействии сводятся к болезненности и жжению в области носа, глотки, за грудиной, кровотечению из носа, сухому кашлю. Возможен спазм гортани и бронхиальной мускулатуры. При осмотре обнаруживаются гиперемия, отёчность и некрозы слизистых оболочек носоглотки, изъязвления и даже прободения носовой перегородки. Слизистые дыхательных путей также некротизируются и покрываются жёлтыми корочками.
При лёгких ингаляционных отравлениях фтором и его соединениями, как правило, ограничиваются развитием ринофаринголарингита и трахеобронхита на фоне общей слабости, утомляемости, лабильности пульса и АД. — отравление «маскируется» под «простуду», что затрудняет своевременную диагностику и лечение.
При поражениях фтором и его соединениями средней тяжести диагностируются глубокие бронхиты, и, с задержкой, пневмонии; а также судороги и гепатиты.
В случае тяжёлых отравлений развиваются поражение тканей и токсический отёк лёгких, коматозное состояние, судороги.
Резорбтивное действие объясняется возможностью фтора вступать в свободно-радикальные реакции с тканями организма — осаждение кальция из сыворотки крови и тканевой жидкости в форме фторида, приводящие к глубоким нарушениям в обмене веществ, замедлению свёртываемости крови, нарушению кислотно-основного соотношения крови, нарушению нервно-мышечной проводимости, увеличению проницаемости сосудистых стенок. Кроме того, фтор нарушает функционирование ряда ферментных систем, взаимодействуя с магнием, марганцем, железом, цинком, входящих, как и кальция, в состав энзимов, являясь их активаторами или ингибиторами. Отравления фтором нарушает активность ферментов, использующих микроэлементы в качестве кофакторов, например снижается активность энолазы (нарушение гликолиза и синтеза макроэргов), аденозинтрифосфатазы, глутаминсинтетазы.
Ожоги глаз и кожных покровов наблюдаются при непосредственном контакте с фтором. Контакт кожи с газом в течение 2 секунд вызывает термический ожог II степени; воздействие в концентрации 0,15—0,30 мг/л приводит к раздражению открытых участков кожи. При обследовании 252 человек, подвергающихся воздействию фтора, у 57 обнаружены конъюнктивиты или экзема век<ref>Шаблон:Книга</ref>.
Фтор депонируется в костях и медленно, в течение нескольких лет, выводится из организма почками и кишечником.
См. также
Литература
Примечания
Ссылки
Шаблон:Внешние ссылки Шаблон:Навигационная обёртка
| {{#if:|Щелочные металлы|Щелочные металлы}} | {{#if:|Щёлочноземельные металлы|Щёлочноземельные металлы}} | {{#if:|Лантаноиды|Лантаноиды}} | {{#if:|Актиноиды|Актиноиды}} | {{#if:|Переходные металлы|Переходные металлы}} |
| {{#if:|Постпереходные металлы|Постпереходные металлы}} | {{#if:|Полуметаллы|Полуметаллы}} | {{#if:|Неметаллы| Неметаллы}} | {{#if:|Галогены|Галогены}} | {{#if:|Благородные газы|Благородные газы}} |