Фтор – химиялық элемент (таңба F, атомдық нөмірі 9), галогендер тобына жататын бейметалл. Бұл ең белсенді және электртеріс зат. Қалыпты температура мен қысымда фтор молекуласы F2 формуласы бар бозғылт сары улы газ болып табылады. Басқа галогенидтер сияқты, молекулалық фтор өте қауіпті және теріге тиген кезде ауыр химиялық күйік тудырады.
Қолдану
Фтор және оның қосылыстары, соның ішінде фармацевтика, агрохимия, жанар-жағармай және тоқыма бұйымдарын өндіру үшін кеңінен қолданылады. Фторлы қышқыл әйнек өңдеу үшін, ал фторлы плазма жартылай өткізгіштер мен басқа материалдарды алу үшін қолданылады. Тіс пастасы мен ауыз судағы F иондарының төмен концентрациясы тіс кариесінің алдын алуға көмектеседі, ал жоғары концентрациясы кейбір инсектицидтерде кездеседі. Көптеген жалпы анестетиктер гидрофторкөміртекті туындылар болып табылады. 18F изотопы медициналық зерттеулерге арналған позитрондардың көзі болып табылады.позитронды-эмиссиялық томографиялық бейнелеу және уран гексафториді уран изотоптарын бөлу және атом электр станциялары үшін байытылған уран өндіру үшін пайдаланылады.
Табу тарихы
Құрамында фтор қосылыстары бар минералдар осы химиялық элементті оқшаулаудан көп жылдар бұрын белгілі болды. Мысалы, кальций фторидінен тұратын минералды флюоршпатты (немесе флюоритті) 1530 жылы Джордж Агрикола сипаттаған. Ол металдың немесе кеннің балқу температурасын төмендетуге көмектесетін және қажетті металды тазартуға көмектесетін зат ретінде флюс ретінде пайдаланылуы мүмкін екенін байқады. Сондықтан фтор латынша атауын fluere («ағызу») сөзінен алды.
1670 жылы шыны үрлеуші Генрих Шванхард шыны қышқылмен өңделген кальций фторидінің (фторшпаты) әсерінен өрнектелгенін анықтады. Карл Шееле және көптеген кейінгі зерттеушілер, соның ішінде Хамфри Дэви, Джозеф-Луи Гей-Люссак, Антуан Лавуазье, Луи Тенар CaF концентрлі күкірт қышқылымен өңдеу арқылы оңай алынатын фторлы су қышқылымен (HF) тәжірибе жасады.
Соңында HF құрамында бұрын белгісіз элемент бар екені белгілі болды. Бірақ оның шамадан тыс реактивтілігіне байланысты бұл затты көптеген жылдар бойы оқшаулау мүмкін болмады. Оны қосылыстардан ажырату қиын емес, сонымен бірге олардың басқа компоненттерімен бірден әрекеттеседі. Фторлы қышқылдан элементарлық фторды бөліп алу өте қауіпті және алғашқы әрекеттер бірнеше ғалымдарды соқыр етіп өлтірді. Бұл адамдар «шейіттер» деп аталдыфтор.”
Ашу және өндіру
Соңында, 1886 жылы француз химигі Анри Муйсан балқытылған калий фторидтері мен фтор қышқылының қоспасын электролиздеу арқылы фторды бөліп алды. Осы үшін оған 1906 жылы химия бойынша Нобель сыйлығы берілді. Оның электролиттік әдісі бүгінде осы химиялық элементтің өнеркәсіптік өндірісі үшін қолданылуда.
Фтордың алғашқы ауқымды өндірісі Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде басталды. Бұл Манхэттен жобасының бөлігі ретінде атом бомбасын жасау кезеңдерінің бірі үшін қажет болды. Фтор уран гексафторидін (UF6) алу үшін пайдаланылды, ол өз кезегінде екі изотопты 235U жәнебір-бірінен бөлу үшін пайдаланылды. 238U. Бүгінгі күні газ тәрізді UF6 атом энергиясы үшін байытылған уран өндіру үшін қажет.
Фтордың ең маңызды қасиеттері
Периодтық жүйеде элемент галоген деп аталатын 17-топтың (бұрынғы 7А тобы) жоғарғы жағында орналасқан. Басқа галогендерге хлор, бром, йод және астатин жатады. Сонымен қатар, F оттегі мен неон арасындағы екінші кезеңде.
Таза фтор – бір литр көлемдегі 20 нл концентрациясында кездесетін, тән өткір иісі бар коррозиялық газ (химиялық формуласы F2). Барлық элементтердің ішіндегі ең реактивті және электртеріс болғандықтан, олардың көпшілігімен оңай қосылыстар түзеді. Фтор элементтік формада болу үшін тым реактивті және осындайкремнийді қоса алғанда, көптеген материалдарға жақындығы, оны шыны ыдыстарда дайындау немесе сақтау мүмкін емес. Ылғалды ауада ол сумен әрекеттесіп, бірдей қауіпті фтор қышқылын түзеді.
Фтор, сутегімен әрекеттесе отырып, тіпті төмен температурада және қараңғыда жарылып кетеді. Ол сумен қатты әрекеттесіп, фтор қышқылы мен оттегі газын түзеді. Әртүрлі материалдар, соның ішінде майда дисперсті металдар мен шынылар, газ тәрізді фтор ағынында жарқын жалынмен жанады. Сонымен қатар, бұл химиялық элемент асыл газдар криптон, ксенон және радонмен қосылыстар түзеді. Алайда ол азотпен және оттегімен тікелей әрекеттеспейді.
Фтордың шектен тыс белсенділігіне қарамастан, оны қауіпсіз өңдеу және тасымалдау әдістері қазір қолжетімді болды. Элементті болат немесе монель (никельге бай қорытпа) контейнерлерде сақтауға болады, өйткені бұл материалдардың бетінде фторидтер пайда болады, бұл әрі қарай реакцияға жол бермейді.
Фторидтер – құрамында фтор теріс зарядты ион (F-) түрінде кейбір оң зарядталған элементтермен қосылатын заттар. Фтордың металдармен қосылыстары ең тұрақты тұздардың қатарына жатады. Суда еріген кезде олар иондарға бөлінеді. Фтордың басқа түрлері кешен болып табылады, мысалы, [FeF4]-, және H2F+.
Изотоптар
Бұл галогеннің 14F пен 31F аралығындағы көптеген изотоптары бар. Бірақ фтордың изотоптық құрамына олардың біреуі ғана кіреді,19F, құрамында 10 нейтрон бар, себебі ол жалғыз тұрақты. 18F радиоактивті изотопы позитрондардың құнды көзі болып табылады.
Биологиялық әсер
Ағзадағы фтор негізінен иондар түрінде сүйектер мен тістерде болады. Миллионға бір бөліктен аз концентрацияда ауыз суды фторлау кариес ауруын айтарлықтай төмендетеді - АҚШ Ұлттық ғылым академиясының Ұлттық зерттеу кеңесінің мәліметтері бойынша. Екінші жағынан, фторидтің шамадан тыс жиналуы флюорозға әкелуі мүмкін, ол ала тістерде көрінеді. Бұл әсер әдетте ауыз судағы осы химиялық элементтің мөлшері 10 ppm концентрациясынан асатын жерлерде байқалады.
Фтор және фторидті элементтердің тұздары улы болып табылады және оларды өте сақтықпен өңдеу керек. Теріге немесе көзге тиюден сақ болу керек. Теріге реакция нәтижесінде тіндерге тез еніп, сүйектердегі кальциймен әрекеттесіп, оларды біржолата зақымдайтын фторлы су қышқылы түзіледі.
Қоршаған ортадағы фтор
Флюорит минералының жылдық әлемдік өндірісі шамамен 4 млн тоннаны құрайды, ал барланған кен орындарының жалпы сыйымдылығы 120 млн тонна шамасында. Бұл минералды өндірудің негізгі аймақтары Мексика, Қытай және Батыс Еуропа болып табылады.
Фтор табиғатта жер қыртысында кездеседі, оны тау жыныстарында, көмірде және сазда табуға болады. Фторидтер ауаға топырақтың жел эрозиясы арқылы таралады. Фтор жер қыртысындағы 13-ші химиялық элемент - оның құрамы950 ppm тең. Топырақта оның орташа концентрациясы шамамен 330 ppm құрайды. Фторид сутегі өнеркәсіптік жану процестерінің нәтижесінде ауаға шығарылуы мүмкін. Ауадағы фторидтер жерге немесе суға түседі. Фтор өте ұсақ бөлшектермен байланысқанда, ол ауада ұзақ уақыт сақталуы мүмкін.
Атмосферада бұл химиялық элементтің 0,6 миллиардтан бір бөлігі тұзды тұман және органикалық хлор қосылыстары түрінде болады. Қалалық жерлерде концентрация миллиардта 50 бөлікке жетеді.
Байланыстар
Фтор – органикалық және бейорганикалық қосылыстардың кең ауқымын құрайтын химиялық элемент. Химиктер онымен сутегі атомдарын алмастыра алады, осылайша көптеген жаңа заттар жасай алады. Жоғары реактивті галоген асыл газдармен қосылыстар түзеді. 1962 жылы Нил Бартлетт ксенон гексафтороплатинатын (XePtF6) синтездеді. Сондай-ақ криптон және радон фторидтері алынды. Тағы бір қосылыс – аргон фторгидриді, ол өте төмен температурада ғана тұрақты.
Өндірістік қолданбалар
Атомдық және молекулалық күйінде фтор жартылай өткізгіштер, жалпақ панельдік дисплейлер және микроэлектромеханикалық жүйелер өндірісінде плазмалық ою үшін қолданылады. Фторлы сутек қышқылы лампалар мен басқа өнімдердегі әйнекті ою үшін қолданылады.
Кейбір қосылыстарымен қатар фтор фармацевтика, агрохимия, жанар-жағармай өндірісінде маңызды құрамдас болып табылады.материалдар мен тоқыма. Химиялық элемент галогенді алкандарды (галондар) алу үшін қажет, олар өз кезегінде ауаны кондиционерлеу және тоңазытқыш жүйелерінде кеңінен қолданылды. Кейінірек хлорфторкөміртектерді мұндай пайдалануға тыйым салынды, өйткені олар атмосфераның жоғарғы қабатындағы озон қабатының бұзылуына ықпал етеді.
Күкірт гексафториді - парниктік газ ретінде жіктелген өте инертті, улы емес газ. Фторсыз тефлон сияқты төмен үйкелісті пластмассаларды өндіру мүмкін емес. Көптеген анестетиктер (мысалы, севофлуран, десфлуран және изофлуран) CFC туындылары болып табылады. Натрий гексафтороалюминаты (криолит) алюминий электролизінде қолданылады.
Фторидті қосылыстар, соның ішінде NaF, тіс жегісінің алдын алу үшін тіс пасталарында қолданылады. Бұл заттар суды фторидтеуді қамтамасыз ету үшін қалалық сумен жабдықтауға қосылады, бірақ бұл тәжірибе адам денсаулығына әсеріне байланысты даулы болып саналады. Жоғары концентрацияларда NaF инсектицид ретінде, әсіресе тарақанмен күресу үшін қолданылады.
Бұрын фторидтер металдар мен кендердің балқу температурасын төмендету және олардың сұйықтығын арттыру үшін пайдаланылды. Фтор – уран гексафторидінің өндірісіндегі маңызды құрамдас бөлігі, оның изотоптарын бөлу үшін қолданылады. 18F, жартылай ыдырау периоды 110 минут болатын радиоактивті изотоп, позитрондар шығарады және жиі медициналық позитронды эмиссиялық томографияда қолданылады.
Фтордың физикалық қасиеттері
Негізгі сипаттамаларкелесідей химиялық элемент:
- Атомдық массасы 18,9984032 г/моль.
- Электрондық конфигурация 1s22s22p5.
- Тотығу күйі -1.
- Тығыздығы 1,7 г/л.
- Балу температурасы 53,53 К.
- Қайнау температурасы 85,03 К.
- Жылу сыйымдылығы 31,34 Дж/(К моль).
