Φθορο χημικό στοιχείο: ιδιότητες σθένους χαρακτηριστικό

Φθόριο (F) - το πιο αντιδραστικό χημικό στοιχείο και ευκολότερος ομάδα αλογόνου 17 (VIIa) του περιοδικού πίνακα. Αυτό το χαρακτηριστικό φθόριο χάρη στην ικανότητά της να προσελκύει ηλεκτρόνια (το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο) και το μικρό μέγεθος των ατόμων του.

Η ιστορία της ανακάλυψης

Το φθόριο που περιέχει ορυκτό αργυραδάμαντα περιγράφηκε το 1529 από τον Γερμανό γιατρό και μεταλλειολόγος Georgiem Agrikoloy. Είναι πιθανό ότι το υδροφθορικό οξύ ελήφθη για πρώτη φορά στο άγνωστο αγγλική υαλουργό 1720 GA 1771 στη σουηδική χημικός Καρλ Wilhelm Scheele ληφθέν ακατέργαστο υδροφθορικό οξύ υπό θέρμανση αργυραδάμαντα με πυκνό θειικό οξύ σε ένα ποτήρι αποστακτήρα, το οποίο σε μεγάλο βαθμό διαβρωμένες υπό τη δράση του προκύπτοντος προϊόντος . Ως εκ τούτου, σε μετέπειτα πειράματα, τα σκάφη κατασκευασμένα από μέταλλο. Σχεδόν άνυδρο οξύ ελήφθη το 1809 έτος, δύο χρόνια αργότερα η γαλλική φυσικός Αντρέ Μαρί Αμπέρ Υποτίθεται ότι αυτή η ένωση υδρογόνου με ένα άγνωστο στοιχείο, ανάλογη χλώριο, για το οποίο προτείνεται το όνομα από την ελληνική φθορο φθόριος, «διαταραχή». Αργυραδάμας γύρισε φθοριούχο ασβέστιο.

Φθόριο απελευθέρωση ήταν ένα από τα σημαντικότερα άλυτα προβλήματα της ανόργανης χημείας μέχρι το 1886, όταν ο Γάλλος χημικός Anri Muassan ήταν το στοιχείο με ηλεκτρόλυση του διαλύματος υδροφθορική καλίου σε υδροφθόριο. Για το 1906, τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ. Η δυσκολία στην αντιμετώπιση αυτό το στοιχείο και τοξικές ιδιότητες συνέβαλαν φθόριο αργή πρόοδο στο πεδίο της χημείας αυτού του στοιχείου. Μέχρι τον Β 'Παγκόσμιο Πόλεμο ήταν ένα εργαστήριο περιέργεια. Στη συνέχεια, ωστόσο, η χρήση εξαφθοριούχου ουρανίου στο διαχωρισμό των ισοτόπων του ουρανίου, μαζί με μια αύξηση της εμπορικής οργανικές ενώσεις του στοιχείου, καθιστώντας μια χημική ουσία που φέρνει σημαντικά οφέλη.

επικράτηση

Το περιέχει φθόριο αργυραδάμαντα (αργυραδάμαντα, _CaF2,) για αιώνες έχουν χρησιμοποιηθεί ως ροή (παράγοντα καθαρισμού) σε μεταλλουργικές διεργασίες. Mineral αργότερα αποδείχθηκε μια πηγή ενός στοιχείου, το οποίο ήταν επίσης το όνομα Fluor. Άχρωμοι διαφανείς κρύσταλλοι φθορίτη υπό φωτισμό έχουν μια μπλε απόχρωση. Αυτή η ιδιότητα είναι γνωστή ως φθορισμός.

Φθορο - ένα στοιχείο που εμφανίζεται στη φύση μόνο με τη μορφή των ενώσεων του, εκτός από πολύ μικρές ποσότητες ελεύθερης στοιχείου στο αργυραδάμαντα, ραδίου που εκτίθενται σε ακτινοβολία. Το περιεχόμενο του στοιχείου στο φλοιό της Γης είναι περίπου 0.065%. Οι βασικές φθοριούχο ορυκτά είναι αργυραδάμαντα, κρυόλιθος (Na ₃ ALF _6), φθοροαπατίτη (Ca ₅ [ΡΟ _{4] 3} [F, Cl]), Topaz (Al ₂ SiO ₄ [F, ΟΗ] ₂₎ και λεπιδολίτη.

Φυσικές και χημικές ιδιότητες του φθορίου

Σε θερμοκρασία δωματίου, αέριο φθόριο είναι ένα ωχροκίτρινο με ένα ενοχλητικό οσμή. Η εισπνοή επικίνδυνων του. Κατά την ψύξη έγινε ένα κίτρινο υγρό. Υπάρχει μόνο ένα σταθερό ισότοπο του χημικού στοιχείου - φθορο-19.

Η πρώτη ενέργεια ιονισμού του αλογόνου είναι πολύ υψηλή (402 kcal / mol), το οποίο είναι ένα πρότυπο σχηματισμός θερμότητας κατιόν F ⁺ 420 kcal / mol.

Το μικρό μέγεθος του στοιχείου του ατόμου μπορεί να φιλοξενήσει σχετικά μεγάλη ποσότητα τους γύρω από το κεντρικό άτομο για να σχηματίσουν μία πλειάδα σταθερών συμπλοκών, για παράδειγμα, εξαφθοροπυριτικό (SIF ₆₎ ^2- geksaftoralyuminata και (ALF ₆₎ ^3-. Φθόριο - ένα στοιχείο που έχει τις ισχυρότερες οξειδωτικές ιδιότητες. Καμία άλλη ουσία δεν είναι οξειδωμένο ανιόν φθορίου, μετατρέπεται σε μια ελεύθερη στοιχείου, και για το λόγο αυτό το στοιχείο δεν είναι σε ελεύθερη κατάσταση στη φύση. Αυτό το χαρακτηριστικό του φθορίου για περισσότερα από 150 χρόνια παλιά δεν επιτρέπεται να το πάρει με οποιαδήποτε χημική μέθοδο. Αυτό ήταν δυνατό μόνο μέσω της χρήσης των ηλεκτρόλυσης. Παρ 'όλα αυτά, το 1986 ο Αμερικανός χημικός Καρλ Krayst είπε για το πρώτο «χημική» να πάρει το φθόριο. Χρησιμοποίησε K ₂ MNF _6, και πενταφθοριούχο αντιμόνιο (SBF _5), το οποίο μπορεί να ληφθεί από το διάλυμα HF.

Φθορο: σθένους και οξείδωση κατάσταση

Το εξωτερικό κέλυφος περιέχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο αλογόνα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το σθένος του φθορίου στις ενώσεις είναι ίση με ένα. Ωστόσο, VIIa άτομα στοιχείο ομάδα μπορεί να αυξήσει τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο σθένος του 7. Μέγιστος φθορίου και κατάσταση οξείδωσης του ίσο με -1. Στοιχείο δεν είναι σε θέση να επεκτείνει σθένους κέλυφος του, δεδομένου ότι άτομο offline d-τροχιακό. Άλλες χωρίς αλογόνο χάρη στην παρουσία της μπορεί να είναι ένα σθένος έως 7.

Υψηλή στοιχείο ικανότητα οξείδωσης επιτρέπει να επιτευχθεί η υψηλότερη δυνατή κατάσταση οξείδωσης των άλλων στοιχείων. Φθορο (σθένους Ι) μπορεί να σχηματίσει μία ένωση, η οποία δεν υφίσταται ούτε σε οποιοδήποτε άλλο αλογονίδιο: διφθοριούχο αργύρου (AgF _2), τριφθοριούχο κοβαλτίου (CoF ₃₎ heptafluoride ρήνιο (REF ₇₎ πενταφθοριούχου βρώμιο (ΠΑΤ ₅₎ και heptafluoride ιώδιο (IF _7).

συνδέσεις

Τύπου φθόριο (F ₂₎ αποτελείται από δύο άτομα ενός στοιχείου. Αυτός μπορεί να τεθεί σε σχέση με όλα τα άλλα στοιχεία εκτός από το ήλιο και το νέον, για να σχηματίσει ιοντική ή ομοιοπολική φθορίδια. Μερικά μέταλλα, όπως το νικέλιο, καλύπτονται ταχέως από ένα στρώμα από αλογόνο, εμποδίζοντας περαιτέρω επικοινωνία με το μεταλλικό στοιχείο. Μερικά ξηρά μέταλλα όπως ο μαλακός χάλυβας, ο χαλκός, το αλουμίνιο, ή Monel (νικέλιο 66% και 31,5% κράμα χαλκού) δεν αντιδρά σε συνήθεις θερμοκρασίες με φθόριο. Να συνεργαστεί με το στοιχείο σε θερμοκρασίες μέχρι 600 ° C είναι κατάλληλη monel? Πορώδης αλουμίνα είναι σταθερή μέχρι 700 ° C.

Fluorocarbon έλαια είναι πιο κατάλληλα λιπαντικά. Στοιχείο αντιδρά βίαια με οργανικά υλικά (π.χ., καουτσούκ, ξύλο και υφάσματα) έτσι ελεγχόμενη φθορίωση των οργανικών ενώσεων στοιχειακού φθορίου μόνον δυνατή όταν λαμβάνουν ειδικές προφυλάξεις.

παραγωγή

Αργυραδάμας είναι η κύρια πηγή φθορίου. Στην παραγωγή του υδροφθορίου (HF) αποστάζεται από κονιοποιημένο αργυραδάμαντα με πυκνό θειικό οξύ σε ένα προβάδισμα μονάδα ή χυτοσίδηρο. Κατά τη διάρκεια της απόσταξης σχηματίζεται θειικό ασβέστιο (CaSO _4), είναι αδιάλυτο στο ΗΡ. Το υδροφθόριο λαμβάνεται σε επαρκώς άνυδρη κατάσταση με κλασματική απόσταξη σε σκάφη χαλκό ή χάλυβα και να αποθηκεύονται σε χαλύβδινες φιάλες. Κοινή ακαθαρσίες σε φθοριούχο εμπορική υδρογόνου είναι θειώδες και το θειικό οξύ και φθοριοπυριτικό οξύ (H ₂ SIF ₆₎ που σχηματίζεται λόγω της παρουσίας της πυριτίας στο αργυραδάμαντα. Ίχνη υγρασίας μπορεί να απομακρυνθεί με ηλεκτρόλυση χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια λευκοχρύσου με κατεργασία με στοιχειακό φθόριο, ή την αποθήκευση πάνω από ένα ισχυρότερο οξύ κατά Lewis (MF _5, όπου το Μ - μέταλλο) το οποίο μπορεί να σχηματίσει άλατα (H ₃ O) ⁺ (MF ₆₎ ^-: _Η2 O + SBF ₅ + HF → (H ₃ O) ⁺ (SBF ₆₎ ^-.

Το υδροφθόριο χρησιμοποιήθηκε στην παρασκευή μιας ποικιλίας βιομηχανικών οργανικών και ανόργανων ενώσεων φθορίου, π.χ., natriyftoridalyuminiya (Na ₃ ALF ₆₎ χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης στην τήξη του μετάλλου αλουμινίου. Ένα διάλυμα του αερίου υδροφθορίου στο νερό λέγεται ότι το υδροφθορικό οξύ, μία μεγάλη ποσότητα του μετάλλου που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό και για στίλβωση γυαλί ή πρόσδοση θολότητα σε χάραξη της.

Παρασκευή των κυττάρων ελεύθερου χρησιμοποιώντας ηλεκτρολυτικές διαδικασίες εν απουσία νερού. Συνήθως είναι υπό τη μορφή φθοριούχου καλίου τήγματος ηλεκτρόλυση υδροφθορίου (σε αναλογία 2,5-5 προς 1) σε θερμοκρασίες 30-70, 80-120 ή 250 ° C. Κατά τη διαδικασία τα περιεχόμενα υδροφθορίου σε μειώνεται ηλεκτρολύτη και οι αυξήσεις του σημείου τήξεως. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο ότι η προσθήκη του έλαβε χώρα συνεχώς. Στην υψηλή θερμοκρασία του θαλάμου ηλεκτρολύτης αντικαθίσταται όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 300 ° C. Φθόριο μπορούν να αποθηκευτούν με ασφάλεια υπό πίεση σε ένα από ανοξείδωτο χάλυβα κυλίνδρους, εάν το επιστόμιο του κυλίνδρου χωρίς ίχνη οργανικών ουσιών.

η χρήση του

Στοιχείο χρησιμοποιείται για την παραγωγή μίας ποικιλίας φθορίου όπως τριφθοριούχο χλώριο (CLF _3), εξαφθοριούχο θείο (SF ₆₎ ή τριφθοριούχο κοβαλτίου (CoF _3). ενώσεις του χλωρίου και το κοβάλτιο είναι σημαντικοί παράγοντες φθορίωσης των οργανικών ενώσεων. (Με κατάλληλες προφυλάξεις άμεσα φθόριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σκοπό αυτό). Το εξαφθοριούχο θείο χρησιμοποιείται σαν ένα αέριο διηλεκτρικό.

Το στοιχειακό φθόριο αραιωμένο με άζωτο είναι συχνά αντιδρά με υδρογονάνθρακες για να σχηματιστούν οι αντίστοιχες φθοράνθρακες στην οποία ένα μέρος ή το σύνολο του υδρογόνου αντικαθίσταται με αλογόνο. Οι προκύπτουσες ενώσεις χαρακτηρίζονται γενικά από υψηλή σταθερότητα, χημική αδράνεια, μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση, καθώς και άλλες πολύτιμες φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Φθορίωση μπορεί επίσης να γίνει με επεξεργασία των οργανικών ενώσεων του τριφθοριούχου κοβαλτίου (CoF ₃₎ ηλεκτρόλυση ή διαλύματα αυτών σε άνυδρο υδροφθόριο. Χρήσιμες πλαστικά με μη-κολλώδεις ιδιότητες, όπως είναι το πολυτετραφθοροαιθυλένιο [(CF ₂ CF _{2) χ],} γνωστό εμπορικά ως Teflon, που παράγονται από ακόρεστες φθοριωμένοι υδρογονάνθρακες.

Οργανικές ενώσεις που περιέχουν χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο, φθοριώνεται για να παράγει ουσίες, όπως διχλωροδιφθορομεθάνιο (Cl ₂ CF ₂₎ ψυκτικού, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε οικιακά ψυγεία και κλιματιστικά. Από χλωροφθοράνθρακες, όπως διχλωροδιφθορομεθάνιο, διαδραματίζουν ενεργό ρόλο στην καταστροφή της στιβάδας του όζοντος και η παραγωγή και η χρήση τους ήταν περιορισμένη, και τώρα το προτιμώμενο ψυκτικό περιέχουν υδροφθοράνθρακες.

Το στοιχείο χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή εξαφθοριούχο ουράνιο (UF ₆₎ που χρησιμοποιείται στην αέρια διαδικασία διάχυσης διαχωρισμού ουρανίου-235 από ουράνιο-238 στην παρασκευή πυρηνικών καυσίμων. υδροφθόριο και τριφθοριούχο βόριο (BF ₃₎ παράγονται σε βιομηχανική κλίμακα, επειδή είναι καλοί καταλύτες για αντιδράσεις αλκυλίωσης χρησιμοποιείται για την παρασκευή πολλές οργανικές ενώσεις. Το φθοριούχο νάτριο είναι συνήθως προστίθενται στο πόσιμο νερό, ώστε να μειωθεί η συχνότητα εμφάνισης της οδοντικής τερηδόνας σε παιδιά. Τα τελευταία χρόνια, η πιο σημαντική εφαρμογή των κεκτημένων φθορίου στη φαρμακευτική και γεωργικές εκτάσεις. Επιλεκτική υποκατάσταση του φθορίου μεταβάλλουν δραματικά τις βιολογικές ιδιότητες των ουσιών.

ανάλυση των

Είναι δύσκολο να προσδιοριστεί με ακρίβεια το ποσό των ενώσεων αλογόνου. Ελεύθερη φθόριο, το οποίο είναι ίσο με το σθένος του 1, μπορεί να ανιχνευθεί με οξείδωση του υδραργύρου Hg + F ₂ → HGF _2, και μέτρηση της αύξησης του βάρους του υδραργύρου και την μεταβολή του όγκου του αερίου. Οι κύριες ποσοτικές δοκιμασίες για την παρουσία ιόντων του στοιχείου είναι:

• επιλογή του υδροφθορίου υπό την επίδραση θειικού οξέος,
• σχηματισμός ενός ιζήματος του φθοριούχου ασβεστίου με την προσθήκη διαλύματος χλωριούχου ασβεστίου,
• κίτρινο διάλυμα αποχρωματισμό τετραοξείδιο του τιτανίου (ΤίΟ ₄₎ και υπεροξείδιο του υδρογόνου εντός θειικού οξέος.

Ποσοτικές μέθοδοι ανάλυσης:

• καθίζηση του φθοριούχου ασβεστίου επί τη παρουσία ανθρακικού νατρίου και επεξεργασία ιλύος χρησιμοποιώντας οξικό οξύ,
• εναπόθεση μολύβδου chlorofluoride με την προσθήκη χλωριούχου νατρίου και νιτρικού μολύβδου,
• τιτλοδότηση (προσδιορισμός της συγκέντρωσης των διαλυμένων ουσιών) με ένα διάλυμα νιτρικού θορίου (Th [ΝΟ _{3] 4)} με τη χρήση alizarinsulfonate νάτριο ως δείκτης: Th _{(ΝΟ3) 4} + 4KF ↔ THF ₄ + 4KNO _3.

Ομοιοπολικά συνδεδεμένο φθόριο (σθένους Ι), όπως φθοράνθρακες να αναλύσει πιο περίπλοκη. Αυτό απαιτεί μια σύνδεση με μεταλλικό νάτριο, που ακολουθείται από ανάλυση του F ^- ιόντα όπως περιγράφεται παραπάνω.

ιδιότητες στοιχείου

Τέλος παρουσιάζουμε μερικές ιδιότητες του φθορίου:

• Ατομικό αριθμό: 9.
• Ατομικό βάρος: 18.9984.
• Πιθανές φθόριο σθένους: 1.
• Σημείο τήξεως: -219,62 ° C.
• Σημείο βρασμού: -188 ° C.
• Πυκνότητα (1 atm, 0 ° C): 1.696 g / l.
• Ηλεκτρονική τύπου φθορίου: 1s 2s ^{2 2 5} _2ρ.