Fluorni kemijski element: valencija, svojstva, svojstva

Fluor (F) je najviše reaktivan kemijski element i najlakših halogena skupine 17 (VIIa) periodičnog stola. Ova karakteristika fluora je objašnjena svojom sposobnošću privlačenja elektrona (to je većina elektronskog elementa) i male veličine njegovih atoma.

Povijest otkrića

Mineral koji sadrži fluor fluorit To je opisano u 1529. njemački liječnik i mineralog Georg Agricola. Vjerojatno je da fluorovodična kiselina prvo je dobivena u nepoznatom engleskom staklari 1720 GA 1771 u švedskoj kemičara Carl Wilhelm Scheele dobivena sirova fluorovodične kiseline uz zagrijavanje fluorit s koncentriranom sulfatnom kiselinom u stakleni autoklav koji je u velikoj mjeri korodiranog pod djelovanjem dobivenog produkta , Stoga, u daljnjim eksperimentima, posude su izrađene od metala. Gotovo bezvodni kiseline dobiven je 1809 godine, dvije godine kasnije francuski fizičar Andre-Marie ampera Pretpostavlja se da ovaj spoj vodika nepoznatom element, analogno klor, za koju je predložio ime fluor Greek phi-theta-iso-iota-omicron-sigmaf-, "uništavanje". Fluor je kalcijev fluorid.

Otpuštanje fluorida je jedan od glavnih problema neriješenih anorganske kemije do 1886. godine, kada je francuski kemičar Henri Moissan je element elektrolizom otopine kalijevog hidrofluorid u fluorovodikom. Za njega je 1906. dobio Nobelovu nagradu. Poteškoća u rješavanju tog elementa i toksičnih svojstava pridonijela fluor spor napredak u području kemije tog elementa. Do Drugog svjetskog rata bio je laboratorij znatiželja. Tada je, međutim, korištenje urana heksafluorida u odvajanje izotopa uranija, uz rast industrijske vrijednosti organski spojevi Taj je element učinio kemikalijom koja donosi značajne prednosti.

rasprostranjenost

Fluorpar koji sadrži fluor (fluorit, CaF₂) za mnoga stoljeća je korištena kao tok (sredstvo za čišćenje) u metalurškim procesima. Mineral se kasnije pokazao kao izvor elementa, koji se također nazivao fluorom. Bezbojni prozirni kristali fluorita pod osvjetljenjem imaju plavičastu boju. Ova je imovina poznata kao fluorescencija.

Fluor je element koji se pojavljuje u prirodi samo u obliku njegovih kemijskih spojeva, osim izuzetno malih količina slobodnog elementa u fluorosparu, izložen radijskom zračenju. Sadržaj elementa u zemljinoj kori je oko 0,065%. Glavni minerali koji sadržavaju fluor sadrže fluorospar, kriolit (Na₃Alf₆), fluorapatit (Ca₅[PO₄]₃ [F, Cl]), topaz (Al₂SiO₄[F, OH]₂) i lepidolita.

Fizička i kemijska svojstva fluora

Na sobnoj temperaturi, fluor je blijedo žuti plin s nadražujućim mirisom. Inhalacija je opasna. Kad se ohladi, postaje žuta tekućina. Postoji samo jedan stabilni izotop tog kemijskog elementa - fluor-19.

Prva energija ionizacije ovog halogena je vrlo visoka (402 kcal / mol), što je standardna toplina stvaranja kationa F⁺420 kcal / mol.

Mala veličina atoma elementa omogućuje njihovu relativno veliku količinu oko središnjeg atoma stvaranjem niza stabilnih kompleksa, na primjer, heksafluorosilikatom (SiF₆)^2- i heksafluoraluminata (AlF₆)³. Fluor je element koji ima najjače oksidacijsko svojstvo. Nijedna druga tvar ne može oksidirati fluoridni anion da postane slobodni element, i zbog toga element nije u prirodi slobodnog stanja. Ova karakteristika fluora više od 150 godina nije dopustila da se dobije bilo kojom kemijskom metodom. To se postiže samo pomoću elektrolize. Ipak, 1986. godine američki kemičar Carl Christ objavio je prvu "kemijsku" proizvodnju fluora. Koristio je K₂MnF₆ i antimon pentafluorid (SbF₅), koji se mogu dobiti iz otopina HF.

Fluor: valencija i stanje oksidacije

Vanjska ljuska halogena sadrži nespareni elektron. Zato je valencija fluora u spojevima jedinstvo. Međutim, atomi elemenata grupe VIIa mogu povećati broj takvih elektrona na 7. Maksimalna valencija fluora i stupanj oksidacije su -1. Element ne može proširiti svoju valentnu ljusku, jer njegov atom nema d-orbital. Drugi halogeni, zbog svoje prisutnosti, mogu pokazati valenciju do 7.

Visoka oksidacijska sposobnost elementa omogućuje postizanje maksimalnog stupnja oksidacije u drugim elementima. Fluor (valencija I) može tvoriti spojeve koji ne postoje u bilo kojem drugom halogenidu: srebrni difluorid (AgF₂), kobalt trifluorid (CoF₃), renijev heptafluorid (ReF₇), brom pentafluorid (BrF₅) i jod heptafluorida (IF₇).

veze

Fluorna formula (F₂) sastoji se od dva elementa atoma. Može ući u veze sa svim ostalim elementima, osim helija i neona, stvarajući ionske ili kovalentne fluoride. Neki metali, poput nikla, brzo se oblažu sa slojem tog halogena, što sprječava daljnje vezanje metala elementu. Neki suhi metali, poput blage čelika, bakra, aluminija ili monela (66% nikla i 31,5% bakrene slitine) ne reagiraju pri normalnim temperaturama s fluorom. Za rad s elementom pri temperaturi do 600 ° C, aluminij monel tipa je otporan na 700 ° C

Fluorougljični ulja su najpogodniji maziva. Element reagira nasilno organskim materijalima (na primjer, gume, drva i tekstila) da kontrolira fluoriranje organskih spojeva elementarnog fluora moguće samo kada je vodeći posebne mjere opreza.

proizvodnja

Fluorip je glavni izvor fluorida. U proizvodnji vodikovog fluorida (HF), praškasti fluorit destiliran je koncentriranom sumpornom kiselinom u olovnom ili lijevom željeznom uređaju. Za vrijeme destilacije, kalcijev sulfat (CaSO₄), netopiv u HF. Vodikov fluorid su dobiveni u dovoljno bezvodnom stanju frakcijskom destilacijom u bakrenim ili čeličnim posudama i pohranjeni u čeličnim cilindrima. Tipične nečistoće u industrijskom hidrogen fluoridu su sumporne i sumporne kiseline, kao i fluorosilna kiselina (H₂SIF₆), nastala zbog prisutnosti silicijevog dioksida u fluorosparu. Tragovi vlage mogu se ukloniti elektrolizom pomoću platinastih elektroda, obradom elementarnim fluorom ili skladištem preko jače Lewisove kiseline (MF₅, gdje M je metal), koji mogu tvoriti soli (H₃O)⁺ (MF₆)^-: H₂O + SbF₅ + HF → (H₃O)⁺ (SBF₆)^-.

Vodikov fluorid se koristi za pripremu različitih industrijskih anorganskih i organskih spojeva fluora, na primjer natrij fluorid aluminija (Na₃Alf₆), koji se koristi kao elektrolit u taljenju metalnog aluminija. Otopina plinovitog vodikovog fluorida u vodi naziva se fluorovodična kiselina, čija se velika količina upotrebljava za čišćenje metala i za poliranje, čime je staklo mutno ili za jetkanje.

Slobodni element se dobiva elektrolitičkim postupcima u odsustvu vode. Obično su oni u obliku kalijevog fluorida taline elektrolizom vodikovog fluorida (u omjeru do 1 2,5-5) na temperaturi od 30-70, 80-120 i 250 ° C. Tijekom procesa, sadržaj vodikovog fluorida u elektrolitu se smanjuje, a temperatura taljenja raste. Stoga je nužno da se njegovo dodavanje nastavi neprekidno. U komori visoke temperature, elektrolit se zamjenjuje kada temperatura prelazi 300 ° C. Fluorid se može sigurno čuvati pod tlakom u cilindrima od nehrđajućeg čelika ako ventili cilindra ne sadrže tragove organskih tvari.

korištenje

Element se koristi za proizvodnju različitih fluorida, kao što je klor-trifluorid (ClF₃), sumporovheksafluorid (SF₆) ili kobalt trifluorid (CoF₃). Spojevi klora i kobalta su važna sredstva za fluoriranje organskih spojeva. (Ako postoje odgovarajuće mjere predostrožnosti, fluor može se izravno upotrijebiti za to). Sumporov heksafluorid Koristi se kao plinoviti dielektrični.

Elementarni fluor, često razrjeđen s dušikom, reagira s ugljikovodicima da bi se formirali odgovarajući fluorougljići u kojima je dio ili cijeli vodik zamijenjen s halogenom. Dobiveni spojevi, u pravilu, karakteriziraju visoka stabilnost, inertnost kemikalije, visoka električna otpornost, kao i druga vrijedna fizikalno-kemijska svojstva.

Fluorinacija se također može provesti tretiranjem organskih spojeva s kobalt-trifluoridom (CoF₃) ili elektrolizom njihovih otopina u bezvodnom vodikovom fluoridu. Koristan plastični materijal s nepripadljivim svojstvima, kao što je politetrafluoretilen [(CF₂CF₂)_x], poznati pod komercijalnim imenom Teflon, dobiveni su od nezasićenih fluoriranih ugljikovodika.

Organski spojevi koji sadrže klor, brom ili jod fluorirani su kako bi se proizveli tvari kao što je diklorodifluorometan (Cl₂CF₂), Za hlađenje, koji je naširoko koristi u kućanske hladnjake i klima uređaja. Jer klorofluorougljike, poput diklorodifluorometana, imaju aktivnu ulogu u uništavanju ozonskog omotača i njihova proizvodnja i upotreba bila ograničena, a sada preferirane rashladno sadrži hidrofluorougljike.

Element se također koristi za proizvodnju urana heksafluorida (UF₆), koji se koriste u procesu difuzije plinova odvajanja urana 235 od urana 238 u proizvodnji nuklearnog goriva. Vodikov fluorid i bor trifluorid (BF₃) su proizvedeni komercijalno, budući da su dobri katalizatori za reakcije alkilacije korištene za proizvodnju mnogih organskih spojeva. Natrij fluorid se obično dodaje pitkoj vodi kako bi se smanjio incidencija propadanja zubi u djece. Posljednjih je godina najvažnije korištenje fluoridnih spojeva u farmaceutskim i poljoprivrednim poljima. Selektivna supstitucija fluorida dramatično mijenja biološka svojstva tvari.

analiza

Teško je točno odrediti količinu tog halogena u spojevima. Slobodni fluor, čija je valentnost jednaka 1, može se otkriti njegovom oksidacijom žive Hg + F₂ → HgF₂, i mjerenjem porasta težine žive i promjenom volumena plina. Glavni kvalitativni testovi prisutnosti iona elemenata su:

• evolucija vodikovog fluorida pod utjecajem sumporne kiseline,
• formiranje taloga kalcijevog fluorida dodatkom otopine kalcijevog klorida,
• dekolorizacija žute otopine titan tetraoksida (TiO₄) i vodikov peroksid u sumpornoj kiselini.

Kvantitativne metode analize:

• taloženje kalcijevog fluorida u prisustvu natrijevog karbonata i obradom taloga s octenom kiselinom,
• taloženje olovnog klorofluorida dodavanjem natrijevog klorida i olovnog nitrata,
• titracija (određivanje koncentracije otopljene tvari) s otopinom torija nitrata (Th [NO₃]₄) upotrebom natrij alizarin sulfonata kao pokazatelja: Th (NO₃)₄ + 4KF harr- THF₄ + 4KNO₃.

Kovalentno vezani fluor (valencija I), kao na primjer u fluorougljicima, teže je analizirati. To zahtijeva spoj s metalnim natrijom nakon čega slijedi analiza F^-, kao što je gore opisano.

Element Properties

Konačno, dajemo neke svojstva fluora:

• Atomski broj: 9.
• Atomska težina: 18,9984.
• Moguće valencije fluora: 1.
• Talište: -219,62 ° C.
• Vrelište: -188 ° C
• Gustoća (1 atm, 0 ° C): 1,696 g / l.
• Elektronička formula fluora: 1s²2s²2p⁵_.