Fluor
9 F Układ okresowy pierwiastków
Fluor Fluor
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.	Fluor, F, 9
Grupa, okres, blok	17 , 2, p
Właściwości metaliczne	niemetal - fluorowiec
Właściwości atomowe Masa atomowa 18,9984 u Promień atomowy 50 (obl. 42) pm Promień walencyjny 71 pm Promień van der Waalsa 147 pm Konfiguracja elektronowa [He]2s22p5 Zapełnienie powłok 2, 7 Elektroujemność 3,98 ( Pauling ) 4,10 ( Allred ) Stopień utlenienia -1 Właściwości kwasowe tlenków silnie kwaśne
Właściwości fizyczne Stan skupienia gazowy Gęstość 1,696 kg/m³ Kolor zielonożółty Temperatura topnienia 53,53 K -219,62 °C Temperatura wrzenia 85,03 K -188,12 °C Objętość molowa 11,20-6 m³/ mol Ciepło parowania 3,2698 kJ/mol Ciepło topnienia 0,2552 kJ/mol
Pozostałe dane Ciepło właściwe 824 J/(kg*K) Przewodność cieplna 0,0279 W/(m*K) Potencjały jonizacyjne I. 1681,0 kJ/mol II. 3374,2 kJ/mol III. 6050,4 kJ/mol IV. 8407,7 kJ/mol V. 11022,7 kJ/mol VI. 15164,1 kJ/mol VII. 17868 kJ/mol VIII. 92038,1 kJ/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 17F {syn.} 64,7 s β+ 17 O 18F {syn.} 109,8 min β+ 18 O 19F 100% stabilny izotop z 10 neutronami 20F {syn.} 11,0 s β- 20 Ne
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Fluor (F, łac. fluorum) – pierwiastek chemiczny , niemetal z grupy fluorowców w układzie okresowym . Fluor w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki F₂. Jest żółtozielonym silnie trującym gazem o ostrym zapachu podobnym do chloru.

Jest najaktywniejszym niemetalem o największej elektroujemności , tworzącym związki z większością z innych pierwiastków (nawet z gazami szlachetnymi – kryptonem , ksenonem i radonem ). W przeciwieństwie do innych fluorowców fluor łączy się wybuchowo z wodorem tworząc fluorowodór bez dostępu światła i w niskiej temperaturze. W strumienu gazowego fluoru palą się szkło , metale i woda . Z powodu jego dużej aktywności nie można go przechowywać, ani wytwarzać w naczyniach szklanych.

Fluor jest otrzymywany poprzez elektrolizę ciekłego fluorowodoru z dodatkiem wodorofluorku potasu (KHF₂).

Wchodzi w skład kwasu fluorowodorowego i fluorków . W roztworze wodnym najczęściej występuje jako jon fluorkowy F^-. Zdarzają się także jony kompleksowe, np. [FeF₄]^- albo jon H₂F⁺.

Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,054%. Jedynym stabilnym izotopem fluoru jest ¹⁹F.

Zastosowanie

Rozmieszczenie elektronów w atomie fluoru

Gazowego fluoru używa się przy produkcji monomerów , fluorowanych alkenów , z których otrzymuje się teflon i jego pochodne. Oprócz tego jest stosowany do produkcji halonów , które są stosowane jako ciecze chłodzące i hydrauliczne (np. freon ). Inne zastosowania:

• kwas fluorowodorowy ( HF ) oraz fluorki litowców i amonu są używane do trawienia szkła, m.in. w żarówkach
• jednoatomowy fluor jest używany w produkcji półprzewodników
• sześciofluorku uranu ( UF ₆) używa się do wzbogacania uranu
• heksafluoroglinian sodu (występujący naturalnie jako minerał kriolit ) jest używany w elektrolitycznym otrzymywaniu glinu
• fluorek sodu był kiedyś używany jako insektycyd , głównie przeciwko karaluchom
• niektóre inne fluorki są często dodawane do past do zębów i (co budzi czasem kontrowersje) do wody pitnej, aby zapobiegać próchnicy zębów.
• sześciofluorek siarki (SF₆) jest stosowany zamiast powietrza w rozdzielniach i transformatorach , gdyż ma 3 razy lepsze właściwości izolacyjne, niż powietrze, co zmniejsza potrzebne miejsce.
• Fluorodeoksyglukoza znakowana izotopem ¹⁸F (¹⁸F-FDG) jest wykorzystywana w pozytonowej emisyjnej tomografii komputerowej

Historia

Fluoryt (fluorek wapnia) został opisany w 1529 przez Georigiusa Agricolę z powodu jego użycia jako topnika ułatwiającego łączenie metali i minerałów. W 1670 r. Schwandhand odkrył, że szkło można trawić za pomocą fluorytu, na który podziałano kwasem. Karl Scheele i wielu późniejszych badaczy, w tym Humphry Davy , Joseph Louis Gay-Lussac , Antoine Lavoisier i Louis Thenard eksperymentowali z kwasem fluorowodorowym , łatwo otrzymywanym z fluorytu przez potraktowanie go stężonym kwasem siarkowym.

W końcu zdano sobie sprawę z tego, że kwas fluorowodorowy zawiera wcześniej nie znany pierwiastek. Jednak przez wiele lat nie udawało się go wyodrębnić z powodu jego ogromnej aktywności chemicznej – z trudem jest wydzielany ze związku, po czym natychmiast reaguje z pozostałą częścią substancji wyjściowej. W 1886 r. fluor został otrzymany przez Henri'ego Moissana po prawie 74 latach nieustannych wysiłków. Moissanowi odkrycie fluoru przyniosło Nagrodę Nobla w 1906 r. Od początku XX wieku wiedziano, iż podawanie ludziom niewielkich dawek fluoru może sprawić, że staną się ulegli i podatni na manipulacje. Podczas II wojny światowej hitlerowcy szukając sposobu, aby otumanić więźniów obozów koncentracyjnych , zaczęli podawać im duże dawki fluoru w wodzie pitnej. Produkcja fluoru została zlecona koncernowi IG Farben z Frankfurtu nad Menem .

Pierwsza produkcja na skalę przemysłową fluoru została uruchomiona na potrzeby projektu Manhattan . Gazowy fluorek uranu (UF₆) był wtedy używany do oddzielenia izotopów uranu (U-235 i U-238). Dzisiaj do wzbogacania uranu używa się fluorku uranu i metody dyfuzyjnej lub wirówkowej . Jako pierwszy polską nazwę – fluor – zaproponował Filip Walter .

Na 100-lecie odkrycia fluoru Karl Christe otrzymał ten pierwiastek poprzez reakcję heksafluoromanganianu(IV) potasu z fluorkiem antymonu(V) w temp. 150 °C:

• Etap 1 – synteza substratów:

2 KMnO4 + 2KF + 10HF + H₂O₂ → 2K₂MnF₆↓ + 8H₂O + 3O₂

SbCl₅ + 5HF → SbF₅ + 5HCl

• Etap 2 – reakcja właściwa:

2K₂MnF₆ + 4SbF₅ → 4KSbF₆ + 2MnF₃ + F₂↑

Była to pierwsza chemiczna (nie elektrochemiczna) metoda pozwalająca na otrzymanie fluoru pierwiastkowego ze znaczącą wydajnością (ok. 40%)^[1].

Związki

Fluor może zastępować wodór w związkach organicznych, dlatego liczba związków fluoru może być bardzo duża. Związki fluoru z gazami szlachetnymi po raz pierwszy otrzymali Howard Claassen, Henry Selig i John Malm w 1962 r. Pierwszym z tych związków był tetrafluorek ksenonu. Otrzymano również fluorki kryptonu i radonu .

Fluor otrzymuje się z fluorytu , kriolitu lub apatytu fluorowego.

Znaczenie biologiczne fluoru ^[2]

Fluor w odpowiednich ilościach jest pierwiastkiem niezbędnym dla prawidłowego rozwoju kości i zębów (odkłada się w nich w postaci fluoroapatytu).

Gazowy fluor dobrze wchłania się przez drogi oddechowe i pokarmowe. Związki fluoru obecne np. w żywności dobrze wchłaniają się z dróg pokarmowych.

Pierwiastkowy fluor jak i jony fluorkowe są silnie toksyczne. Zaburza procesy enzymatyczne w komórkach hamując oddychanie tkankowe, przemianę węglowodanów , lipidów oraz syntezę hormonów. Sam fluor i niektóre jego związki działają żrąco powodując głębokie martwice. Wolny fluor ma charakterystyczny drażniący zapach i jest wyczuwalny nawet w stężeniu 20 ppm .

Po podaniu doustnym w dużych stężeniach związki fluoru powodują zatrucia ostre, na skutek żrącego działania wydzielającego się fluorowodoru. Dalsze objawy to płytki oddech, kurcz dłoni, drgawki, ślinotok i nudności. Bezpośrednią przyczyną zgonu w wyniku zatrucia fluorem jest porażenie ośrodka oddechowego.

Zatrucia przewlekłe małymi dawkami fluoru ( fluoroza ) objawiają się zaburzeniami w uwapnieniu kości, brunatnym cętkowaniem zębów, zmniejszeniem ruchliwości.

Dozwolone maksymalne stężenie przy założeniu 8-godzinnej ekspozycji na działanie fluoru to 0,05mg/m³ (czyli mniej, niż w przypadku cyjanowodoru ).

Fluor i jego działanie na zęby

Fluor obecny w ślinie lub płynie tkankowym może modyfikować hydroksyapatyty szkliwa i poprzez odłączenie jonów wodorotlenowych tworzyć fluoroapatyty. Szkliwo posiadające te struktury ulega wzmocnieniu oraz wykazuje się większą opornością na działanie kwasów produkowanych przez bakterie próchnicotwórcze płytki nazębnej. Te specyficzne właściwości biorą się z faktu, iż fluoroapatyty wykazują lepszą krystaliczność, twardość oraz mniejszą rozpuszczalność w kwasach niż naturalnie występujące hydroksyapatyty^[3].

Środki ostrożności

Zarówno fluor jak i fluorowodór muszą być przechowywane z zachowaniem szczególnych środków ostrożności. Powinno się unikać wszelkiego kontaktu ze skórą lub oczami. Fluoru nie przechowuje się w szkle.

Przypisy