Elementul chimic fluor: valență, proprietăți, caracteristici

Fluorul (F) este cel mai reactiv element chimic și cel mai ușor halogen din grupul 17 (VIIa) din tabelul periodic. Această caracteristică a fluorului se explică prin capacitatea sa de a atrage electroni (acesta este elementul cel mai electronegativ) și dimensiunea redusă a atomilor săi.

Istoria descoperirii

Fluorul care conține minerale fluorină A fost descris in 1529 de catre medic german si mineralog Georg Agricola. Este probabil ca acidul fluorhidric a fost obținut pentru prima dată în necunoscut glassmaker englezesc 1720 GA 1771 in chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele a obținut acid fluorhidric brut sub fluorina încălzirea cu acid sulfuric concentrat într-o retortă de sticlă, care în mare parte corodat sub acțiunea produsului rezultat . Prin urmare, în experimentele ulterioare, vasele sunt realizate din metal. Aproape de acid anhidru a fost obținut în 1809 an, doi ani mai târziu, fizicianul francez André-Marie Ampère a presupus că acest compus de hidrogen cu un element necunoscut, clor analog, pentru care a fost propus numele grecesc fluoro phi-theta-otho-iota-omicron-sigmaf-, "distrugând". Fluorul a fost fluorura de calciu.

Eliberarea fluorului a rămas una dintre principalele probleme nerezolvate ale chimiei anorganice până în 1886, când chimistul francez Henri Moissan a obținut elementul prin electroliză a unei soluții de hidrofluorură de potasiu în acid fluorhidric. Pentru aceasta, în 1906 a primit Premiul Nobel. Dificultatea de manipulare a acestui element și proprietățile toxice ale fluorului au contribuit la progresul lent al chimiei acestui element. Până în cel de-al doilea război mondial a fost o minune de laborator. Totuși, utilizarea hexafluorurii de uraniu în separarea izotopilor de uraniu împreună cu creșterea valorii industriale compuși organici Acest element a produs o substanță chimică care aduce beneficii semnificative.

răspândire

Fluorasta conținând fluor (fluorit, CaF₂) timp de mai multe secole a fost folosit ca flux (agent de curățare) în procesele metalurgice. Mineritul ulterior sa dovedit a fi sursa elementului, denumit și fluor. Cristale transparente incolore de fluorit sub iluminare au o nuanță albăstrui. Această proprietate este cunoscută sub numele de fluorescență.

Fluorul este un element care apare în natură numai sub forma compușilor săi chimici, cu excepția unor cantități extrem de mici de un element liber în fluorspar, expus la radiații de radiație. Conținutul elementului din scoarța pământului este de aproximativ 0,065%. Principalele minerale cu conținut de fluor sunt fluorura, criolitul (Na₃Alf₆), fluorapatit (Ca.₅[PO₄]₃ [F, Cl]), topaz (Al₂dioxid de siliciu₄[F, OH]₂) și lepidolitul.

Proprietățile fizice și chimice ale fluorului

La temperatura camerei, fluorul este un gaz galben pal cu miros iritant. Inhalarea lui este periculoasă. Când se răcește, devine un lichid galben. Există doar un izotop stabil al acestui element chimic - fluor-19.

Prima energie de ionizare a acestui halogen este foarte mare (402 kcal / mol), care este căldura standard de formare a cationului F⁺420 kcal / mol.

Dimensiunea redusă a atomului elementului face posibilă plasarea unor cantități relativ mari în jurul atomului central cu formarea unui număr de complexe stabile, de exemplu, hexafluorosilicatul (SiF₆)^2- și hexafluoroaluminat (AlF₆)³. Fluorul este un element care are cele mai puternice proprietăți oxidante. Nici o altă substanță nu este capabilă să oxideze anionul de fluor pentru a deveni un element liber și, din acest motiv, elementul nu este în stare liberă în natură. Această caracteristică a fluorului pentru mai mult de 150 de ani nu a permis obținerea acestuia prin nici o metodă chimică. Acest lucru a fost realizat numai prin utilizarea electrolizei. Cu toate acestea, în 1986, un chimist american, Carl Christ, a raportat prima producție "chimică" de fluor. El a folosit K₂MNF₆ și pentafluorură de antimoniu (SbF₅), care pot fi obținute din soluții de HF.

Fluor: valență și stare de oxidare

Carcasa exterioară a halogenurilor conține un electron neparat. Acesta este motivul pentru care valența fluorului în compuși este unitate. Cu toate acestea, atomii elementelor din grupa VIIa pot crește numărul de astfel de electroni la 7. Valența maximă a fluorului și gradul său de oxidare sunt -1. Elementul nu este capabil să-și extindă cochilia de valență, deoarece atomul său nu are d-orbital. Alți halogeni, datorită prezenței sale, pot prezenta valențe de până la 7.

Capacitatea mare de oxidare a elementului permite atingerea gradului maxim de oxidare posibil în alte elemente. Fluorul (valența I) poate forma compuși care nu există în alte halogenuri: difluorură de argint (AgF₂), trifluorură de cobalt (CoF₃), heptafluorură de reniu (ReF₇), pentafluorură de brom (BrF₅) și heptafluorură de iod (IF₇).

conexiuni

Formula de fluor (F₂) este alcătuită din doi atomi de elemente. Poate intra în legătură cu toate celelalte elemente, cu excepția heliului și neonului, formând fluoruri ionice sau covalente. Unele metale, cum ar fi nichel, acoperite rapid de un strat de halogen, prevenind comunicarea în continuare cu elementul metalic. Unele metale uscate, cum ar fi din oțel moale, cupru, aluminiu, sau Monel (nichel 66% și din aliaj de cupru 31,5%) nu reacționează la temperaturi obișnuite, cu fluor. Pentru lucrul cu elementul la temperaturi de până la 600 ° C, alumina de tip monel este rezistentă la 700 ° C.

Uleiul fluorocarbonic este cel mai potrivit lubrifiant. Elementul reacționează violent cu substanțele organice (de exemplu cauciuc, lemn și țesături), prin urmare, fluorurarea controlată a compușilor organici cu fluor elementar este posibilă numai prin adoptarea unor măsuri de precauție speciale.

producere

Fluorul este principala sursă de fluor. În producerea fluorurii de fluor (HF), fluoritul sub formă de pulbere este distilat cu acid sulfuric concentrat într-un aparat cu plumb sau fontă. În timpul distilației, sulfatul de calciu (CaSO4)₄), insolubil în HF. Hidrogen fluorură sunt obținute într-o stare suficient de anhidră prin distilare fracționată în recipiente de cupru sau oțel și depozitate în butelii din oțel. Impuritățile tipice din hidrogen fluorura industrială sunt acizii sulfurici și sulfurici, precum și acidul fluorosilicic (H₂Sif₆), care se formează datorită prezenței silicei în fluorspar. Urme de umiditate pot fi îndepărtate prin electroliza, folosind electrozi de platină prin tratament cu fluor elementar, sau stocarea într-un acid Lewis mai puternic (MF₅, unde M este un metal), care poate forma săruri (H.₃O)⁺ (MF₆)^-: H₂O + SbF₅ + HF → (H₃O)⁺ (SBF₆)^-.

Fluorura de hidrogen este utilizată pentru prepararea unei varietăți de compuși anorganici și organici industriali de fluor, de exemplu aluminiu de fluorură de sodiu (Na₃Alf₆), utilizat ca un electrolit la topirea aluminiului metalic. O soluție de acid fluorhidric gazos în apă se numește acid fluorhidric, o mare cantitate din care este folosit pentru curățarea metalelor și pentru lustruire, făcând paharul plictisit sau gravat.

Elementul liber este obținut prin proceduri electrolitice în absența apei. De obicei, acestea sunt sub formă de fluorură de potasiu se topesc electroliza fluorhidric (în proporție de 2,5-5 la 1) la temperaturi de 30-70, 80-120 sau 250 ° C. În timpul procesului, conținutul de fluorură de hidrogen în electrolit scade, iar temperatura de topire crește. Prin urmare, este necesar ca adăugarea să apară în mod continuu. Într-o cameră cu temperatură ridicată, electrolitul este înlocuit atunci când temperatura depășește 300 ° C. Fluorul poate fi depozitat în condiții de siguranță sub presiune într-un butelii din oțel inoxidabil, dacă supapa cilindrului fără urme de substanțe organice.

utilizarea

Elementul este utilizat pentru a produce diferite fluoruri, cum ar fi trifluorura de clor (ClF₃), hexafluorură de sulf (SF₆) sau trifluorură de cobalt (CoF₃). Compușii de clor și cobalt sunt agenți de fluorurare ai compușilor organici. (Dacă există precauții adecvate, fluorul poate fi utilizat direct pentru aceasta). Hexafluorură de sulf Se utilizează ca dielectric gazos.

Fluxul elementar, deseori diluat cu azot, reacționează cu hidrocarburile pentru a forma fluorocarburile corespunzătoare în care o parte sau întregul hidrogen este înlocuit cu halogen. Compușii obținuți, de regulă, se caracterizează prin stabilitate ridicată, inerție chimică, rezistență electrică ridicată, precum și alte proprietăți fizico-chimice valoroase.

Fluorurarea poate fi de asemenea realizată prin tratarea compușilor organici cu trifluorură de cobalt (CoF₃) sau electroliza soluțiilor lor în acid fluorhidric anhidru. Materiale plastice utile cu proprietăți de lipire, cum ar fi politetrafluoretilenă [(CF₂CF₂)_x], cunoscute sub denumirea comercială Teflon, sunt derivate din hidrocarburi nesaturate fluorurate.

Compușii organici care conțin clor, brom sau iod sunt fluorurați pentru a produce substanțe cum ar fi diclordifluormetan (Cl₂CF₂), agent frigorific, care a fost utilizat pe scară largă în frigiderele de uz casnic și în aparatele de climatizare. Deoarece clorofluorocarburi, cum ar fi diclordifluormetan, joacă un rol activ în distrugerea stratului de ozon și producerea și utilizarea lor a fost limitată, iar acum agentul frigorific preferat care conține hidrofluorocarboni.

Elementul este, de asemenea, utilizat pentru a produce hexafluorură de uraniu (UF₆), utilizat în procesul de difuzie a gazului de separare a uraniului-235 de uraniul-238 în producția de combustibil nuclear. Hidrogen fluor și trifluorură de bor (BF₃) sunt produse comercial, deoarece sunt catalizatori buni pentru reacțiile de alchilare utilizate pentru a produce mulți compuși organici. Fluorura de sodiu este adăugată de obicei în apa de băut pentru a reduce incidența cariilor dentare la copii. În ultimii ani, utilizarea compușilor de fluor în domeniile farmaceutic și agricol a devenit cea mai importantă. Înlocuirea selectivă a fluorului modifică dramatic proprietățile biologice ale substanțelor.

analiza

Este dificil să se determine cu precizie cantitatea acestui halogen în compuși. Fluorul liber, a cărui valență este egală cu 1, poate fi detectată prin oxidarea lui de mercur Hg + F₂ → HgF₂, și de asemenea prin măsurarea creșterii greutății mercurului și a modificării volumului de gaz. Principalele teste calitative pentru prezența ionilor de elemente sunt:

• evoluția acidului fluorhidric sub influența acidului sulfuric,
• formarea unui precipitat de fluorură de calciu cu adăugarea unei soluții de clorură de calciu,
• decolorarea unei soluții galbene de tetraoxid de titan (TiO₄) și peroxid de hidrogen în acid sulfuric.

Metode cantitative de analiză:

• precipitarea fluorurii de calciu în prezența carbonatului de sodiu și tratarea precipitatului cu acid acetic,
• precipitarea clorofluorurii de plumb prin adăugarea de clorură de sodiu și azotat de plumb,
• titrarea (determinarea concentrației substanței dizolvate) cu o soluție de azotat de toriu (Th [NO₃]₄) utilizând alizarin sulfonat de sodiu ca indicator: Th (NO₃)₄ + 4KF harr- Tetrahidrofuranul₄ + 4KNO₃.

Clorul legat de atomi de carbon (valența I), ca de exemplu în fluorocarburile, este mai dificil de analizat. Acest lucru necesită un compus cu sodiu metalic urmat de analiza F^-, așa cum s-a descris mai sus.

Elemente de proprietate

În cele din urmă, oferim câteva proprietăți de fluor:

• Număr atomic: 9.
• Masa atomică: 18,9984.
• Valențe posibile de fluor: 1.
• Punct de topire: -219,62 ° C
• Punct de fierbere: -188 ° C
• Densitate (1 atm, 0 ° C): 1,696 g / l.
• Formula electronică de fluor: 1s²2s²2p⁵_.