Фтор

Фтор (F)
Атомний номер	9
Зовнішній вигляд простої речовини	Жовто-зелений газ, дуже хімічно-активний. Надзвичайно отруйний.
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	18,998403 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	n/a пм
Енергія іонізації (перший електрон)	1680,0(17,41) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[He] 2s^2 2p^5
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	72 пм
Радіус іона	(-1e)133 пм
Електронегативність (за Полінгом)	3,98
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	-1
Термодинамічні властивості
Густина	(при -189 °C)1,108 г/см³
Молярна теплоємність	(F-F) 0,824 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	0,028 Вт/(м·К)
Температура плавлення	53,53 К
Теплота плавлення	(F-F) 0,51 кДж/моль
Температура кипіння	85,01 К
Теплота випаровування	6,54 (F-F) кДж/моль
Молярний об'єм	17,1 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	моноклінна
Період ґратки	n/a Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	n/a К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Фтор у Вікісховищі

Фтор, флю́ор^[1] (хімічний знак — ${\displaystyle {\ce {F}}}$, лат. fluorum — плинний) — хімічний елемент з атомним номером 9, галоген, що належить до 7-ї групи, 2-го періоду періодичної системи хімічних елементів. Так само назву фтор має відповідна проста речовина, яка є отруйним і хімічно-активним жовто-зеленим газом.

Загальна характеристика

Символ F, ат.н. 9, ат.м. 18,998403. У природі існує один стабільний ізотоп ¹⁹F. Штучно отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 16, 17, 18, 20, 21, 22. Вперше одержаний франц. хіміком Анрі Муассаном у 1886 р. електролізом плавикової кислоти.

Проста речовина — фтор — блідо-жовтий газ зі специфічним різким запахом. Температура плавлення -219,62 °С. Має виключно високу хімічну активність і утворює сполуки з усіма хімічними елементами, крім гелію, неону і аргону. Взаємодія фтору з багатьма елементами, оксидами і солями, водою протікає дуже енергійно, а з воднем і вуглеводнями — часто з вибухом. У присутності фтору більшість металів, С, Si, Р, S і інші займаються при 20-300 °С і згоряють з утворенням фторидів. Фтор дуже отруйний. ГДК фтору 0,15 мг/м³, при експозиції не більше 1 години — 1,5•10 мг/м³. Середній вміст фтору в земній корі 6,25•10⁻² мас.%. Фтор виноситься з верхньої мантії переважно з лужною базальтовою і ультрабазитовою магмою. Найважливіші мінерали, збагачені фтором (% мас.): флюорит (47,81–48,8 %), флуорапатит (до 3,8 %), слюда (0,1–3,5 %), амфіболи (0,1–3,5 %), віліоміт (45,24 %), топаз (13,01–20,45 %), сфен (0,1–1,35 %), кріоліт (54,4 %).

Одержують фтор електролізом ${\displaystyle {\ce {HF}}}$ в середовищі розплавленого ${\displaystyle {\ce {KH2F3}}}$ або ${\displaystyle {\ce {KHF2}}}$.

Застосування в техніці знаходять фторорганічні сполуки, що характеризуються високою термічною і хімічною стійкістю.

З'єднання фтору були відомі людям давно. Наприклад, мінерал флюорит (плавиковий шпат — ${\displaystyle {\ce {CaF2}}}$) був описаний алхіміками ще в XV столітті, а в 1771 році Карл Шееле вперше в лабораторних умовах отримав плавикову кислоту (фтороводень — ${\displaystyle {\ce {HF}}}$). Вільний фтор був виділений лише в 1886 році Анрі Муассаном.

При нормальних умовах фтор являє собою двоатомний газ (${\displaystyle {\ce {F2}}}$) жовто-зеленого або світло-зеленого кольору, з запахом дуже схожим на хлор і озон.

Чистий фтор настільки агресивний, що зіткнення з ним шкіри людини протягом 2 секунд призводить до появи опіку II ступеня, вода в атмосфері фтору горить синім полум'ям, а платина згорає як порох. Під час контакту фтору з воднем навіть при температурі -252 °C (близької до абсолютного нуля), відбувається потужний вибух. Багато хіміків, які намагалися отримати фтор в лабораторіях і не знали про його хімічні властивості, загинули або залишилися інвалідами. Плавикова кислота розчиняє скло, тому її зберігають в посудині, на внутрішню поверхню якої нанесений парафін.^{[джерело?]}

Фтор досить поширений з земній корі (650 г/т), але через надзвичайну хімічну активності в чистому вигляді не зустрічається. Фтор може утворювати хімічні сполуки з усіма елементами Періодичної системи, за винятком деяких інертних газів.

Основним джерелом промислового фтору є мінерал флюорит, що майже наполовину складається з фтору. Є він також у фторапатиті, кріоліті і т. д.^{[уточнити]} В невеликих кількостях фтор зустрічається в морській воді і в ґрунтових водах, але цієї кількості виявляється цілком достатньо, щоб задовольнити потреби організму людини, якщо, звісно, концентрація фтору у споживаній воді не знижена. Вживається і засвоюється фтор лише вигляді мінеральних солей.^{[джерело?]}

У промисловості фтор застосовується для виготовлення матеріалів, стійких до високих температур і впливу хімічно агресивних середовищ. Тефлон — покриття для сковород і посуду — містить у своєму складі фтор. Цей хімічний елемент використовується також у виробництві холодоагентів для рефрижераторів, деяких пластмас (фторопластмас).

Матове скло (наприклад, скляний посуд) набуває цієї властивості після обробки фтороводнем (плавиковою кислотою).

Фтор є важливою складовою мінерального обміну.^{[джерело?]} У організмі людини фтор необхідний для міцності і твердості кісткової тканини, для формування сполучних тканин, особливо кісток, для росту і підтримки в здоровому стані зубів, волосся і нігтів, профілактики остеопорозу.

Історія

Перша сполука фтору — флюорит (плавиковий шпат) ${\displaystyle {\ce {CaF2}}}$ — описана в кінці XV століття під назвою «флюоро». У 1771 році Карл Шеєле отримав плавикову кислоту. Як один з атомів плавикової кислоти, елемент фтор був передбачений у 1810, але виділений у вільному вигляді лише 76 років по тому Анрі Муассаном у 1886 році при електролізі рідкого безводного фтористого водню, що містить домішки кислого фториду калію ${\displaystyle {\ce {KHF2}}}$_.

Походження назви

Назва «фтор» (від дав.-гр. φθόρος — руйнування) запропонована Андре Ампером у 1810 році на підставі того, що фтор — найактивніший окисник з усіх існуючих хімічних елементів. Ця назва використовується тільки в східнослов'янських мовах та грецькій (φθόριο), а також у мовах, що запозичили цю назву з російської (наприклад, чуваська, таджицька чи монгольська).

У багатьох країнах для елемента й речовини прийнято назви з коренем «флюор» (від лат. fluere — текти), за властивістю сполуки фтору, флюориту (${\displaystyle {\ce {CaF2}}}$), знижувати температуру плавлення руди та збільшувати плинність розплаву.

Поширення в природі

Фтор досить поширений у природі. Процентний вміст його в земній корі наближається до вмісту таких елементів, як азот, сірка, хром, марганець і фосфор. Промислове значення мають, однак, тільки два фтористих мінерали — плавиковий шпат і кріоліт. Крім того, фтор входить в порівняно невеликій кількості до складу апатитів. При переробці природних фосфатів на штучні добрива як побічні продукти одержують фтористі сполуки.

Вміст фтору в атомних відсотках в природі показано в таблиці:

Об'єкт	Вміст,
Ґрунт	0,02
Води річок	0,00002
Води океанів	0,0001
Зуби людини[2]	0,01

Відносно багаті фтором рослини сочевиця і цибуля

Вмістом у ґрунті фтор зобов'язаний вулканічним газам, за рахунок того, що в їх склад зазвичай входить велика кількість фтороводню.

Отримання

Джерелом для виробництва фтору служить фтористий водень ${\displaystyle {\ce {HF}}}$, що виходить в основному або при дії сірчаної кислоти ${\displaystyle {\ce {H2SO4}}}$ на флюорит ${\displaystyle {\ce {CaF2}}}$, або при переробці апатитів і фосфоритів.

Виробництво фтору здійснюється електролізом розплаву кислого флюориту калію ${\displaystyle {\ce {KF*3HF}}}$, який утворюється при насиченні розплаву ${\displaystyle {\ce {KF*3HF}}}$ фтористим воднем до вмісту 40-41 % ${\displaystyle {\ce {HF}}}$.

Хімічні властивості

Фтор утворює сполуки, прямо або побічно, з усіма іншими елементами, включаючи деякі інертні гази (див. Сполуки інертних газів^[en]).
З воднем фтор з'єднується навіть при -252 °C. При цій температурі водень перетворюється в рідину, а фтор твердне, та все ж реакція іде з таким сильним виділенням тепла, що відбувається вибух.
Довгий час не було відомо з'єднання фтору з киснем, але в 1927 р. французьким хімікам вдалося отримати дифторид кисню(інші мови), що утворюється при дії фтору на слабкий розчин лугу:
${\displaystyle {\ce {2F2 + 2NaOH = 2NaF + OF2 + H2O}}}$

Зберігання

Фтор зберігають в газоподібному стані (під тиском) і в рідкому вигляді (при охолоджуванні рідким азотом) в апаратах з нікелю і сплавів на його основі (монель-метал), з міді, алюмінію і його сплавів, латуні, неіржавної сталі.

Фтор має унікальну здатність виявлятися по запаху при концентрації 0,02 мг/м³, яка в 7,5 раза нижче прийнятої гранично допустимої.

Застосування

Газоподібний фтор служить для фторування ${\displaystyle {\ce {UF4}}}$ в ${\displaystyle {\ce {UF6}}}$, вживаного для розділення ізотопів урану, а також для отримання трифтористого хлору ${\displaystyle {\ce {ClF3}}}$ (фторуючий агент і потужний окислювач ракетного палива), шестифтористої сірки ${\displaystyle {\ce {SF6}}}$ (газоподібний ізолятор в електротехнічній промисловості), фторидів металів (наприклад, W і V).

Рідкий фтор, і рідкий фторид кисню (він ефективніший) використовують як окиснювач ракетного палива. Те саме стосується похідних — тетрафторгідразину і трифтористого азоту (причому останній дозволяє при спалюванні в його атмосфері різних палив отримувати дуже високі температури).

Біологічна роль

Основна роль в організмі — участь в кісткоутворенні і процесах формування дентину і зубної емалі. Також фтор стимулює кровотворну систему та імунітет, бере участь у розвитку скелета, стимулює репаративні процеси при переломах кісток. Попереджає розвиток сенільного остеопорозу. Основні концентрації фтору в організмі людини: в зубах — 246–560 мг/кг, в кістках — 200–490 мг/кг, в м'язах — 2–3 мг/кг.

Добова потреба дорослої людини становить 2–3 мг фтору. З продуктами харчування доросла людина одержує в середньому 0,8 мг фтору на добу. Найбільша кількість фтору з продуктів містить риба (тріска, сом), горіхи, печінка. Основна кількість фтору надходить в організм з водою. Звичайна питна вода містить 1 мг фтору на 1 л. Недостатнє надходження фтору в організм є одним з екзогенних етіологічних факторів карієсу зубів, особливо в період їх прорізування і мінералізації. У районах з низьким вмістом фтору у воді проводиться фторування води до оптимального вмісту фтору — 1 мг/л. Надмірне надходження фтору в організм з водою в основному носить ендемічний характер і виникає в тій місцевості, де вміст фтору у воді перевищує 2 мг/л. Виявляється виникненням флюорозу, який уражає в основному постійні зуби людей. Токсична дія фтору так само може проявлятися інгібуванням багатьох ферментних систем. Для зниження вмісту фтору в такій воді проводять її дефторування. Фтор входить до складу ряду комплексів полівітамінів.

Див. також

• Фториди
• Флюоритова промисловість
• Оксиген фториди
• Гідрофторид аргону

Примітки

1. Національний стандарт України ДСТУ 2439:2018 «Хімічні елементи та прості речовини. Терміни та визначення основних понять, назви й символи». — [Чинний від 01.10.2019.] — К. : ДП «УкрНДНЦ», 2019. — С. 2.
2. Головним чином в емалі зубів

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• Гірничий енциклопедичний словник : у 3 т / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2001—2004.

Посилання

• ФЛУОР [Архівовано 3 серпня 2016 у Wayback Machine.] //Фармацевтична енциклопедія
• Фтор // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.