Fluor je hemijski element (simbol F, atomski broj 9), nemetal koji pripada grupi halogena. To je najaktivnija i elektronegativna supstanca. Pri normalnoj temperaturi i pritisku, molekul fluora je bledožuti otrovni gas sa formulom F2. Kao i drugi halogenidi, molekularni fluor je veoma opasan i izaziva teške hemijske opekotine u kontaktu sa kožom.
Koristite
Fluor i njegova jedinjenja se široko koriste, uključujući i proizvodnju farmaceutskih proizvoda, agrohemikalija, goriva i maziva i tekstila. Fluorovodonična kiselina se koristi za jetkanje stakla, dok se fluorova plazma koristi za proizvodnju poluprovodnika i drugih materijala. Niske koncentracije F jona u pasti za zube i vodi za piće mogu pomoći u sprječavanju karijesa, dok se veće koncentracije nalaze u nekim insekticidima. Mnogi opći anestetici su derivati fluorougljika. Izotop 18F je izvor pozitrona za dobijanje medicinskihpozitronska emisiona tomografija, a uranijum heksafluorid se koristi za odvajanje izotopa uranijuma i proizvodnju obogaćenog uranijuma za nuklearne elektrane.
Historija otkrića
Minerali koji sadrže jedinjenja fluora bili su poznati mnogo godina pre izolovanja ovog hemijskog elementa. Na primjer, mineral fluorit (ili fluorit), koji se sastoji od kalcijum fluorida, opisao je 1530. George Agricola. Primijetio je da se može koristiti kao fluks, supstanca koja pomaže u snižavanju tačke topljenja metala ili rude i pomaže u pročišćavanju željenog metala. Stoga je fluor dobio svoje latinsko ime od riječi fluere (“teći”).
Godine 1670., duvač stakla Heinrich Schwanhard je otkrio da se staklo ugrava djelovanjem kalcijum fluorida (fluorspat) tretiranog kiselinom. Carl Scheele i mnogi kasniji istraživači, uključujući Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, eksperimentirali su s fluorovodoničnom kiselinom (HF), koja se lako dobijala tretiranjem CaF koncentrovanom sumpornom kiselinom.
Na kraju je postalo jasno da HF sadrži ranije nepoznati element. Međutim, zbog svoje prevelike reaktivnosti, ova supstanca nije mogla biti izolirana dugi niz godina. Ne samo da se teško odvaja od jedinjenja, već odmah reaguje sa njihovim ostalim komponentama. Izolacija elementarnog fluora iz fluorovodonične kiseline je izuzetno opasna, a rani pokušaji zaslijepili su i ubili nekoliko naučnika. Ovi ljudi su postali poznati kao „mučenicifluor.”
Otkriće i proizvodnja
Konačno, 1886. godine, francuski hemičar Henri Moissan uspeo je da izoluje fluor elektrolizom mešavine rastopljenih kalijum fluorida i fluorovodonične kiseline. Za to je dobio Nobelovu nagradu za hemiju 1906. Njegov elektrolitički pristup se i danas koristi za industrijsku proizvodnju ovog hemijskog elementa.
Prva proizvodnja fluora velikih razmera počela je tokom Drugog svetskog rata. Bilo je potrebno za jednu od faza stvaranja atomske bombe u sklopu Manhattan projekta. Fluor je korišten za proizvodnju uranijum heksafluorida (UF6), koji je zauzvrat korišten za razdvajanje dva izotopa 235U ijedan od drugog 238U. Danas je plinoviti UF6 potreban za proizvodnju obogaćenog uranijuma za nuklearnu energiju.
Najvažnija svojstva fluora
U periodnom sistemu, element je na vrhu grupe 17 (ranije grupa 7A), koja se naziva halogen. Ostali halogeni uključuju hlor, brom, jod i astatin. Osim toga, F je u drugom periodu između kisika i neona.
Čisti fluor je korozivni gas (hemijska formula F2) sa karakterističnim oštrim mirisom koji se nalazi u koncentraciji od 20 nl po litru zapremine. Kao najreaktivniji i najelektronegativniji od svih elemenata, lako stvara spojeve s većinom njih. Fluor je previše reaktivan da bi postojao u elementarnom obliku i ima takavsrodnost s većinom materijala, uključujući silicij, pa se ne može pripremati ili čuvati u staklenim posudama. U vlažnom vazduhu, reaguje sa vodom i formira jednako opasnu fluorovodoničnu kiselinu.
Fluor, u interakciji sa vodonikom, eksplodira čak i na niskim temperaturama iu mraku. Burno reaguje sa vodom i formira fluorovodoničnu kiselinu i gas kiseonika. Različiti materijali, uključujući fino dispergirane metale i stakla, gore jarkim plamenom u mlazu plinovitog fluora. Pored toga, ovaj hemijski element formira spojeve sa plemenitim gasovima kriptonom, ksenonom i radonom. Međutim, ne reagira direktno s dušikom i kisikom.
Uprkos ekstremnoj aktivnosti fluora, metode za njegovo sigurno rukovanje i transport su sada postale dostupne. Element se može čuvati u čeličnim ili monel (legura bogata niklom) posudama, jer se na površini ovih materijala formiraju fluoridi koji sprečavaju dalju reakciju.
Fluoridi su supstance u kojima je fluor prisutan kao negativno nabijeni jon (F-) u kombinaciji sa nekim pozitivno nabijenim elementima. Jedinjenja fluora sa metalima su među najstabilnijim solima. Kada se rastvore u vodi, dijele se na jone. Drugi oblici fluora su kompleksi, na primjer, [FeF4]-, i H2F+.
Izotopi
Postoji mnogo izotopa ovog halogena, u rasponu od 14F do 31F. Ali izotopski sastav fluora uključuje samo jedan od njih,19F, koji sadrži 10 neutrona, pošto je jedini stabilan. Radioaktivni izotop 18F je vrijedan izvor pozitrona.
Biološki uticaj
Fluor se u tijelu uglavnom nalazi u kostima i zubima u obliku jona. Fluorizacija vode za piće u koncentraciji manjoj od jednog dijela na milion značajno smanjuje učestalost karijesa - prema Nacionalnom istraživačkom vijeću Nacionalne akademije nauka Sjedinjenih Država. S druge strane, prekomjerno nakupljanje fluora može dovesti do fluoroze, koja se manifestira išaranim zubima. Ovaj efekat se obično primećuje u oblastima gde sadržaj ovog hemijskog elementa u vodi za piće prelazi koncentraciju od 10 ppm.
Elementarni fluor i fluoridne soli su toksični i njima treba rukovati s velikom pažnjom. Treba pažljivo izbjegavati kontakt s kožom ili očima. Reakcija sa kožom proizvodi fluorovodoničnu kiselinu, koja brzo prodire u tkiva i reaguje sa kalcijumom u kostima, trajno ih oštećujući.
Fuor iz okoline
Godišnja svjetska proizvodnja minerala fluorita je oko 4 miliona tona, a ukupan kapacitet istraženih nalazišta je unutar 120 miliona tona. Glavna područja rudarstva ovog minerala su Meksiko, Kina i Zapadna Evropa.
Fluor se prirodno nalazi u zemljinoj kori, gdje se može naći u stijenama, uglju i glini. Fluoridi se oslobađaju u zrak erozijom tla vjetrom. Fluor je 13. najzastupljeniji hemijski element u zemljinoj kori – njegov sadržajjednako 950 ppm. U zemljištu, njegova prosječna koncentracija je oko 330 ppm. Vodonik-fluorid se može ispustiti u zrak kao rezultat industrijskih procesa sagorijevanja. Fluoridi koji se nalaze u vazduhu završavaju padanjem na zemlju ili u vodu. Kada se fluor veže sa veoma malim česticama, može ostati u vazduhu duži vremenski period.
U atmosferi, 0,6 milijarditi deo ovog hemijskog elementa je prisutno u obliku slane magle i organskih jedinjenja hlora. U urbanim sredinama koncentracija dostiže 50 delova na milijardu.
Veze
Fluor je hemijski element koji formira širok spektar organskih i neorganskih jedinjenja. Hemičari mogu njime zamijeniti atome vodika, stvarajući tako mnoge nove tvari. Visoko reaktivni halogen stvara spojeve s plemenitim plinovima. Godine 1962. Neil Bartlett je sintetizirao ksenon heksafluoroplatinat (XePtF6). Takođe su dobijeni kripton i radon fluoridi. Drugo jedinjenje je argon fluorohidrid, koji je stabilan samo na ekstremno niskim temperaturama.
Industrijske primjene
U svom atomskom i molekularnom stanju, fluor se koristi za plazma jetkanje u proizvodnji poluprovodnika, ravnih displeja i mikroelektromehaničkih sistema. Fluorovodonična kiselina se koristi za graviranje stakla u lampama i drugim proizvodima.
Zajedno sa nekim od svojih jedinjenja, fluor je važna komponenta u proizvodnji farmaceutskih proizvoda, agrohemikalija, goriva i mazivamaterijala i tekstila. Hemijski element je neophodan za proizvodnju halogeniranih alkana (halona), koji su zauzvrat bili široko korišteni u sistemima za klimatizaciju i hlađenje. Kasnije je takva upotreba hlorofluorougljika zabranjena jer doprinose uništavanju ozonskog omotača u gornjoj atmosferi.
Sumpor heksafluorid je izuzetno inertan, netoksičan gas koji je klasifikovan kao gas staklene bašte. Bez fluora, proizvodnja plastike niskog trenja kao što je teflon nije moguća. Mnogi anestetici (npr. sevofluran, desfluran i izofluran) su derivati CFC-a. Natrijum heksafluoroaluminat (kriolit) se koristi u elektrolizi aluminijuma.
Jedinjenja fluora, uključujući NaF, koriste se u pastama za zube za sprečavanje karijesa. Ove supstance se dodaju u komunalne vodovode kako bi se obezbijedila fluorizacija vode, međutim ova praksa se smatra kontroverznom zbog uticaja na ljudsko zdravlje. U višim koncentracijama, NaF se koristi kao insekticid, posebno za suzbijanje žohara.
U prošlosti su se fluoridi koristili za snižavanje tačke topljenja metala i ruda i povećanje njihove fluidnosti. Fluor je važna komponenta u proizvodnji uranijum heksafluorida, koji se koristi za odvajanje njegovih izotopa. 18F, radioaktivni izotop sa poluživotom od 110 minuta, emituje pozitrone i često se koristi u medicinskoj pozitronskoj emisionoj tomografiji.
Fizička svojstva fluora
Osnovne karakteristikehemijski element kako slijedi:
- Atomska masa 18,9984032 g/mol.
- Elektronska konfiguracija 1s22s22p5.
- Oksidacijsko stanje -1.
- Gustoća 1,7 g/L.
- Tačka topljenja 53,53 K.
- Tačka ključanja 85,03 K.
- Toplotni kapacitet 31,34 J/(K mol).
