ФТОР (лат. Fluorum), F, химическийэлемент с атомным номером 9, атомная масса 18,998403. Природный фтор состоит изодного стабильного нуклида 19F. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s2p5.В соединениях проявляет только степень окисления –1 (валентность I). Фторрасположен во втором периоде в группе VIIА периодической системы элементовМенделеева, относится к галогенам.

1.Общая характеристика.

Радиус нейтрального атома фтора0,064 нм, радиус иона F– 0,115 (2), 0,116 (3), 0,117 (4) и 0,119 (6)нм (в скобках указано значение координационного числа). Энергиипоследовательной ионизации нейтрального атома фтора равны, соответственно,17,422, 34,987, 62,66, 87,2 и 114,2 эВ. Сродство к электрону 3,448 эВ (самоебольшое среди атомов всех элементов). По шкале Полинга электроотрицательностьфтора 4 (самое высокое значение среди всех элементов). Фтор — самый активныйнеметалл.

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 двемодификации: a-форму, существующую от температуры плавления до –227,60°C, иb-форму, устойчивую при температурах, более низких, чем –227,60°C.

Как и другие галогены, фторсуществует в виде двухатомных молекул F2. Межъядерное расстояние в молекуле0,14165 нм. Молекулу F2 характеризует аномально низкая энергия диссоциации наатомы (158 кДж/моль), что, в частности, обусловливает высокую реакционнуюспособность фтора.

Химическая активность фтора чрезвычайновелика. Из всех элементов со фтором не образуют фторидов только три легкихинертных газа — гелий, неон и аргон. Во всех соединениях фтор проявляет толькоодну степень окисления –1.

Со многими простыми и сложнымивеществами фтор реагирует напрямую. Так, при контакте с водой фтор реагирует сней (часто говорят, что «вода горит во фторе»):

2F2 + 2h3O =4HF + O2.

Фтор реагирует со взрывом припростом контакте с водородом (H):

h3 + F2 = 2HF.

При этом образуется газ фтороводородHF, неограниченно растворимый в воде с образованием сравнительно слабойплавиковой кислоты.

Фтор вступает во взаимодействие сбольшинством неметаллов. Так, при реакции фтора с графитом образуютсясоединения общей формулы CFx, при реакции фтора с кремнием (Si) —фторид SiF4, с бором — трифторид BF3. При взаимодействиифтора с серой (S) образуются соединения SF6 и SF4 и т. д.

Известно большое число соединенийфтора с другими галогенами, например, BrF3, IF7, ClF, ClF3и другие, причем бром (Br) и иод (I) воспламеняются в атмосфере фтора приобычной температуре, а хлор (Cl) взаимодействует с фтором при нагревании до200-250°С.

Не реагируют со фторомнепосредственно, кроме указанных инертных газов, также азот (N), кислород (O),алмаз, углекислый и угарный газы.

Косвеным путем получен трифторидазота NF3 и фториды кислорода О2F2 и OF2,в которых кислород имеет необычные степени окисления +1 и +2.

При взаимодействии фтора суглеводородами происходит их деструкция, сопровождающаяся получениемфторуглеводородов различного состава.

При небольшом нагревании (100-250°C)фтор реагирует с серебром (Ag), ванадием (V), рением (Re) и осмием (Os). Сзолотом (Au), титаном (Ti), ниобием (Nb), хромом (Cr) и некоторыми другимиметаллами 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 такимфторирующим агентом, как BrF3, на низшие галогениды, например:

UF4 + F2 = UF6

Следует отметить, что ужеупоминавшейся плавиковой кислоте HF соответствуют не только средние фторидытипа NaF или СаF2, но и кислые фториды — гидрофториды типа NaHF2и КНF2.

Синтезировано также большое числоразличных фторорганических соединений, в том числе и знаменитый тефлон —материал, представляющий собой полимер тетрафторэтилена.

История открытия:

История открытия фтора связана сминералом флюоритом, или плавиковым шпатом. Состав этого минерала, как сейчасизвестно, отвечает формуле CaF2, и он представляет собой первоесодержащее фтор вещество, которое начал использовать человек. В давние временабыло отмечено, что если флюорит добавить при выплавке металла к руде, тотемпература плавления руды и шлаков понижается, что значительно облегчаетпроведение процесса (отсюда название минерала — от лат. fluo — теку).

В 1771 году обработкой флюоритасерной кислотой шведский химик К. Шееле приготовил кислоту, которую он назвал«плавиковой». Французский ученый А. Лавуазье предположил, что в состав этойкислоты 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). Однаковыделить новый элемент он не смог.

За новым элементом укрепилосьназвание «флюор», которое отражено и в его латинском названии. Но длительныепопытки выделить этот элемент в свободном виде успеха не имели. Многие ученые,пытавшиеся получить его в свободном виде, погибли при проведении таких опытовили стали инвалидами. Это и английские химики братья Т. и Г. Ноксы, и французыЖ.-Л. Гей-Люссак и Л. Ж. Тенар, и многие другие. Сам Г. Дэви, первым получившийв свободном виде натрий (Na), hкалий (K), кальций (Ca) и другие элементы, врезультате экспериментов по получению фтора электролизом отравился и тяжелозаболел. Вероятно, под впечатлением всех этих неудач в 1816 году для новогоэлемента было предложено хотя и сходное по звучанию, но совершенно другое посмыслу название — фтор (от греч. phtoros — разрушение, гибель). Это названиеэлемента принято только в русском языке, французы и немцы продолжают называтьфтор fluor, англичане — fluorine.

Получить фтор в свободном виде несмог и такой выдающийся ученый, как М. Фарадей. Только в 1886 году французскийхимик А. Муассан, используя электролиз жидкого фтороводорода HF, охлажденногодо температуры –23°C (в жидкости должно содержаться немного фторида калия KF,который обеспечивает ее электропроводимость), смог на аноде получить первуюпорцию нового, чрезвычайно реакционноспособного газа. В первых опытах дляполучения фтора Муассан использовал очень дорогой электролизер, изготовленныйиз платины (Pt) и иридия (Ir). При этом каждый грамм полученного фтора «съедал»до 6 г платины. Позднее Муассан стал использовать значительно более дешевыймедный электролизер. Фтор реагирует с медью (Cu), но при реакции образуетсятончайшая пленка фторида, которая препятствует дальнейшему разрушению металла.

3.Получение.

На первой стадии получения фторавыделяют фтороводород HF. Приготовление фтороводорода и фтористоводородной(плавиковой) кислоты происходит, как правило, попутно с переработкойфторапатита на фосфорные удобрения. Образующийся при сернокислотной обработкефторапатита газообразный фтороводород далее собирают, сжижают и используют дляпроведения электролиза. Электролизу можно подвергать как жидкую смесь HF и KF(процесс осуществляется при температуре 15-20°C), так и расплав Kh3F3(при температуре 70-120°C) или расплав КНF2 (при температуре245-310°C). В лаборатории для приготовления небольших количеств свободногофтора можно использовать или нагревание MnF4, при котором происходитотщепление фтора, или нагревание смеси K2MnF6 и SbF5:

2K2MnF6+ 4SbF5 = 4KSbF6 + 2MnF3 + F2.

Нахождение в природе: содержаниефтора в земной коре довольно велико и составляет 0,095% по массе (значительнобольше, чем ближайшего аналога фтора по группе — хлора (Cl)). Из-за высокойхимической активности фтор в свободном виде, разумеется, не встречается.Важнейшие минералы фтора — это флюорит (плавиковый шпат), а также фторапатит3Са3(РО4)2·СaF2 и криолит Na3AlF6.Фтор как примесь входит в состав многих минералов, содержится в подземных водах;в морской воде 1,3·10–4% фтора.

Применение: фтор широко применяюткак фторирующий агент при получении различных фторидов (SF6, BF3,WF6 и других), в том числе и соединений инертных газов >ксенона(Xe) и криптона (Kr). Гексафторид урана UF6 применяется дляразделения изотопов урана (U). Фтор используют в производстве тефлона, другихфторопластов, фторкаучуков, фторсодержащих органических веществ и материалов,которые широко применяют в технике, особенно в тех случаях, когда требуетсяустойчивость к агрессивным средам, высокой температуре и т.п.

4.Биологическая роль:

В качестве микроэлемента фтор входитв состав всех организмов. У животных и человека фтор присутствует в костнойткани (у человека — 0,2-1,2%) и, особенно, в дентине и эмали зубов. В организмесреднего человека (масса тела 70 кг) содержится 2,6 г фтора; суточнаяпотребность составляет 2-3 мг и удовлетворяется, главным образом, с питьевойводой. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. Поэтому соединения фторадобавляют в зубные пасты, иногда вводят в состав питьевой воды. Избыток фтора вводе, однако, тоже вреден для здоровья. Он приводит к флюорозу — изменениюструктуры эмали и костной ткани, деформации костей. ПДК для содержания в водефторид-ионов составляет 0,7 мг/л. ПДК газообразного фтора в воздухе 0,03 мг/м3.Роль фтора в растениях неясна.

www.ronl.ru

Реферат Фтор

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История
- 1.1 Происхождение названия
2 Распространение в природе
3 Изотопный состав
- 3.1 Ядерные свойства изотопов фтора
- 3.2 Магнитные свойства ядер
4 Электронное строение
- 4.1 Строение молекулы
5 Кристаллическая решётка
6 Получение
- 6.1 Лабораторный метод
- 6.2 Промышленный метод
7 Физические свойства
8 Химические свойства
9 Хранение
10 Применение
- 10.1 Применение в химии
- 10.2 Ракетная техника
- 10.3 Применение в медицине
11 Биологическая и физиологическая роль

Введение

Фтор — элемент главной подгруппы седьмой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 9. Обозначается символом F (лат. Fluorum). Фтор — чрезвычайно химически активный неметалл и самый сильный окислитель, является самым лёгким элементом из группы галогенов. Простое вещество фтор (CAS-номер: 7782-41-4) при нормальных условиях — двухатомный газ (формула F2) бледно-жёлтого цвета с резким запахом, напоминающим озон или хлор. Очень ядовит.

1. История

Первое соединение фтора — флюорит (плавиковый шпат) CaF2 — описано в конце XV века под названием «флюор». В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту.

Как один из атомов плавиковой кислоты, элемент 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.

1.1. Происхождение названия

Название «фтор» (от др.-греч. φθόρος — разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского «fluorum» (которое происходит, в свою очередь, от fluere — «течь», по свойству соединения фтора, флюорита (CaF2), понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава).

2. 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[3]	0,01

В природе значимые скопления фтора содержатся в основном в минерале флюорите (CaF2), содержащем по массе 51,2 % Ca и 48,8 % F.

Относительно богаты фтором растения чечевица и лук

Содержанием в почве фтор обязан вулканическим газам, за счёт того, что в их состав обычно входит большое количество фтороводорода.

3. Изотопный состав

Фтор является моноизотопным элементом, так как в природе существует только один стабильный изотоп фтора 19F. Известны еще 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31, и один ядерный изомер — 18Fm. Самым долгоживущим из радиоактивных изотопов фтора является 18F с периодом полураспада 109,771 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.

3.1. 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

3.2. 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.

4. Электронное строение

Применение метода МО для молекулы F2

Электронная конфигурация атома фтора следующая: 1s22s22p5. Атомы фтора в соединениях могут проявлять степень окисления, равную −1. Положительные степени окисления в соединениях не реализуются, так как фтор является самым электроотрицательным элементом.

Квантовохимический терм атома фтора — 2P3/2

4.1. 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. Очевидно, что порядок связи в молекуле равен 1.

5. Кристаллическая решётка

Кристаллическая структура α-фтора (стабильная при атмосферном давлении)

Фтор образует две кристаллические модификации, стабильные при атмосферном давлении:

α-фтор — существует при температуре меньше 45,6 K, кристаллическая решетка моноклинная, пространственная группа C 2/c, параметры a = 0,550 нм, b = 0,328 нм, c = 0,728 нм, β = 102,17°, Z = 4[4][5].
β-фтор — существует в интервале температур 45,6 ÷ 53,53 K, кристаллическая решетка кубическая, параметры a = 0,667 нм, Z = 8.

6. Получение

Лабораторный метод получения фтора

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.

6.1. 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 открытия фтора, Карл Кристе открыл способ чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K2MnF6 и SbF5 при 150 °C[6]:

2K2MnF6 + 4SbF5 → 4KSbF6 + 2MnF3 + F2 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 °С, разложение фторидов серебра (слишком дорого) и некоторые другие способы.

6.2. Промышленный метод

Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·3HF (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.

7. Физические свойства

Бледно-жёлтый газ, в малых концентрациях запах напоминает одновременно озон и хлор, очень агрессивен и ядовит.

Фтор имеет аномально низкую температуру кипения (плавления). Это связано с тем, что фтор не имеет d-подуровня и не способен образовывать полуторные связи, в отличие от остальных галогенов (кратность связи в остальных галогенах примерно 1,1)[7].

8. Химические свойства

Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами кроме, разумеется, фторидов в высших степенях окисления и редких исключений — фторопластов, и с большинством из них — с горением и взрывом. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до −252°C). В атмосфере фтора горят даже вода и платина:

2F2 + 2h3O → 4HF + O2

К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например:

2CoF3 → 2CoF2 + F2 MnF4 → MnF3 + 1/2 F2

Фтор также способен окислять кислород, образуя фторид кислорода OF2.

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[8].

9. 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 непреодолимой для фтора пленкой фторидов[9]).

10. Применение

10.1. Применение в химии

Газообразный фтор используется для получения:

гексафторида урана UF6 из UF4, применяемого для разделения изотопов урана для ядерной промышленности.
трёхфтористого хлора ClF3 — фторирующий агент и мощный окислитель ракетного топлива
шестифтористой серы SF6 — газообразный изолятор в электротехнической промышленности
фторидов металлов (например, W и V), которые обладают некоторыми полезными свойствами
фреонов — хороших хладагентов
тефлонов — химически инертных полимеров
гексафтороалюмината натрия — для последующего получения алюминия электролизом
различных соединений фтора

10.2. Ракетная техника

Соединения фтора и сам фтор применяются в ракетной технике как окислители ракетного топлива.

10.3. Применение в медицине

Фторированные углеводороды (напр. перфтордекалин) применяются в медицине как кровезаменители. Существует множество лекарств содержащих фтор в структуре (фторотан, фторурацил и др.).

11. Биологическая и физиологическая роль

Фтор является жизненно необходимым для организма элементом. В организме человека фтор, в основном, содержится в эмали зубов в составе фторапатита — Ca5F(PO4)3. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариес и флюороз (крапчатость эмали) и остеосаркома, соответственно[10].

Малое содержание фтора разрушает эмаль за счет вымывания фтора из фторапатита с образованием гидроксоапатита, и наоборот.

Для профилактики кариеса рекомендуется использовать зубные пасты с добавками фтора или 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 %.

Предельно допустимая концентрация связанного фтора [11] в воздухе промышленных помещениях равна 0,0005 мг/литр воздуха.

Литература

Рысс И. Г. Химия фтора и его неорганических соединений. М. Госхимиздат, 1966 г. — 718 с.
Некрасов Б. В. Основы общей химии. (издание третье, том 1) М. Химия, 1973 г. — 656 с.
L. Pauling, I. Keaveny, and A.B. Robinson, J. Solid State Chem., 1970, 2, p. 225. англ. — Подробней о кристаллической структуре фтора

Примечания

http://www.xumuk.ru/nekrasov/vii-01.html - www.xumuk.ru/nekrasov/vii-01.html
Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т.. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 198.
Главным образом в эмали зубов
Journal of Solid State Chemistry, Vol. 2, Issue 2, 1970, P. 225—227.
J. Chem. Phys. 49, 1902 (1968)
Гринвуд Н., Эрншо А. «Химия элементов» т.2, М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008 стр. 147—148, 169 — химический синтез фтора
Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия».
Энциклопедический словарь юного химика. Для среднего и старшего возраста. Москва, Педагогика-Пресс. 1999 год.
Фтор в Популярной библиотеке химических элементов - n-t.ru/ri/ps/pb009.htm
По данным National Toxicology Program
в виде фторидов и фторорганических соединений

wreferat.baza-referat.ru