Flo(lat. Fluorum), F, nguyên tố hóa học nhóm VII của hệ tuần hoàn Mendeleev, thuộc các halogen, nguyên tử số 9, khối lượng nguyên tử 18,998403; Tại điều kiện bình thường(0 °C; 0,1 Mn/m2, hoặc 1 kgf/cm2) - chất khí màu vàng nhạt có mùi hăng.
Flo tự nhiên bao gồm một đồng vị ổn định 19 F. Một số đồng vị đã được thu được một cách nhân tạo, đặc biệt là: 16 F có chu kỳ bán rã T ½< 1 сек, 17 F (T ½ = 70 сек) , 18 F (T ½ = 111 мин) , 20 F (T ½ = 11,4 сек) , 21 F (T ½ = 5 сек).
Tài liệu tham khảo lịch sử. Hợp chất flo đầu tiên - fluorit (fluorspar) CaF 2 - được mô tả vào cuối thế kỷ 15 với tên gọi "fluor" (từ tiếng Latin fluo - dòng chảy, do tính chất của CaF 2 tạo ra xỉ nhớt của chất lỏng sản xuất luyện kim -chảy). Năm 1771, K. Scheele thu được axit flohydric. Flo tự do được A. Moissan phân lập vào năm 1886 bằng cách điện phân hydro florua khan dạng lỏng có chứa hỗn hợp axit kali florua KHF 2.
Hóa học flo bắt đầu phát triển từ những năm 1930, đặc biệt nhanh chóng trong và sau Thế chiến thứ hai 1939-45 do nhu cầu của ngành công nghiệp hạt nhân và công nghệ tên lửa. Cái tên "Fluorine" (từ tiếng Hy Lạp phthoros - sự hủy diệt, cái chết), do A. Ampere đề xuất vào năm 1810, chỉ được sử dụng bằng tiếng Nga; Ở nhiều nước cái tên "fluor" được chấp nhận.
Sự phân bố flo trong tự nhiên. Hàm lượng flo trung bình trong vỏ trái đất (clarke) là 6,25·10 -2% khối lượng; trong đá lửa có tính axit (đá granit) là 8·10 -2%, trong đá cơ bản - 3,7·10 -2%, trong đá siêu bazơ - 1·10 -2%. Flo có trong khí núi lửa và nước nóng. Các hợp chất quan trọng nhất của flo là fluorit, cryolit và topaz. Tổng cộng có hơn 80 khoáng chất có chứa flo đã được biết đến. Các hợp chất flo cũng được tìm thấy trong apatit, photphorit và các chất khác. Fluorine là một nguyên tố sinh học quan trọng. Trong lịch sử Trái đất, nguồn flo đi vào sinh quyển là sản phẩm của các vụ phun trào núi lửa (khí, v.v.).
Tính chất vật lý của Flo. Flo khí có mật độ 1,693 g/l (0°C và 0,1 Mn/m2, hoặc 1 kgf/cm2), chất lỏng - 1,5127 g/cm3 (tại điểm sôi); tpl -219,61 °C; điểm sôi -188,13 ° C. Phân tử Flo gồm có hai nguyên tử (F 2); ở 1000 °C 50% phân tử phân ly, năng lượng phân ly khoảng 155 kJ/mol (37 kcal/mol). Fluorine hòa tan kém trong hydro florua lỏng; độ hòa tan 2,5·10 -3 g trong 100 g HF ở -70 °C và 0,4·10 -3 g ở -20 °C; ở dạng lỏng, hòa tan không giới hạn trong oxy lỏng và ozon.
Tính chất hóa học của Flo. Cấu hình electron lớp ngoài của nguyên tử Flo là 2s 2 2p 5. Trong các hợp chất nó thể hiện trạng thái oxy hóa -1. Bán kính nguyên tử cộng hóa trị là 0,72Å, bán kính ion là 1,33Å. Ái lực điện tử 3,62 eV, năng lượng ion hóa (F → F+) 17,418 eV. Giá trị cao của ái lực điện tử và năng lượng ion hóa giải thích độ âm điện mạnh của nguyên tử Flo, lớn nhất trong số tất cả các nguyên tố khác. Khả năng phản ứng cao của Fluorine quyết định tính chất tỏa nhiệt của quá trình fluor hóa, do đó, được xác định bởi năng lượng phân ly thấp bất thường của phân tử Fluorine và các giá trị lớn của năng lượng liên kết của nguyên tử Fluorine với các nguyên tử khác. Fluor hóa trực tiếp có cơ chế dây chuyền và dễ dẫn đến cháy nổ. Flo phản ứng với tất cả các nguyên tố trừ heli, neon và argon. Nó tương tác với oxy trong sự phóng điện phát sáng, tạo thành oxy florua O 2 F 2, O 3 F 2 và các loại khác ở nhiệt độ thấp. Phản ứng của flo với các halogen khác đều tỏa nhiệt, dẫn đến sự hình thành các hợp chất liên halogen. Clo tương tác với Flo khi đun nóng đến 200-250"C tạo thành clo monoflorua ClF và clo triflorua ClF 3. ClF 5 cũng được biết đến, thu được bằng cách florua hóa ClF 3 ở nhiệt độ và áp suất cao 25 Mn/m2 (250 kgf/cm2) ).Brôm và iốt đốt cháy trong môi trường flo ở nhiệt độ bình thường, có thể thu được BrF 3, BrF 5, IF 3, IF 2. Flo phản ứng trực tiếp với krypton, xenon và radon, tạo thành các florua tương ứng (ví dụ XeF 4 , XeF 6, KrF 2 Xenon oxyfluoride cũng được biết đến.
Sự tương tác của flo với lưu huỳnh đi kèm với sự giải phóng nhiệt và dẫn đến sự hình thành nhiều lưu huỳnh florua. Selen và Tellurium tạo thành các florua cao hơn SeF 6 và TeF 6 . Flo và hydro phản ứng với quá trình đốt cháy; điều này tạo ra hydro florua. Đây là phản ứng triệt để có phân nhánh: HF* + H 2 = HF + H 2 *; H 2 * + F 2 = HF + H + F (trong đó HF * và H 2 * là các phân tử ở trạng thái kích thích rung động); phản ứng được sử dụng trong laser hóa học. Flo chỉ phản ứng với nitơ khi phóng điện. Than củi khi tương tác với flo sẽ bốc cháy ở nhiệt độ thường; than chì phản ứng với nó khi đun nóng mạnh và có thể hình thành than chì florua rắn (CF) X hoặc perfluorocarbon dạng khí CF 4, C 2 F 6 và các loại khác. Flo phản ứng với boron, silicon, phốt pho và asen trong điều kiện lạnh, tạo thành các florua tương ứng.
Flo kết hợp mạnh mẽ với hầu hết các kim loại; Các kim loại kiềm và kiềm thổ bốc cháy trong môi trường có flo ở nhiệt độ lạnh, Bi, Sn, Ti, Mo, W - với nhiệt độ tăng nhẹ. Hg, Pb, U, V phản ứng với Fluorine ở nhiệt độ phòng, Pt - ở nhiệt độ nóng đỏ sẫm. Khi kim loại phản ứng với flo, các florua cao hơn thường được hình thành, ví dụ UF 6, MoF 6, HgF 2. Một số kim loại (Fe, Cu, Al, Ni, Mg, Zn) phản ứng với Fluorine tạo thành màng bảo vệ florua, ngăn chặn phản ứng tiếp theo.
Khi flo tương tác với các oxit kim loại ở nhiệt độ lạnh, florua kim loại và oxy được hình thành; Cũng có thể tạo thành oxyflorua kim loại (ví dụ MoO 2 F 2). Các oxit phi kim loại hoặc thêm Flo, ví dụ SO 2 + F 2 = SO 2 F 2, hoặc oxy trong chúng được thay thế bằng Flo, ví dụ SiO 2 + 2F 2 = SiF 4 + O 2. Thủy tinh phản ứng rất chậm với Flo; khi có nước phản ứng diễn ra nhanh chóng. Nước tác dụng với Flo: 2H 2 O + 2F 2 = 4HF + O 2; trong trường hợp này, OF 2 và hydro peroxide H 2 O 2 cũng được hình thành. Các oxit nitơ NO và NO 2 dễ dàng thêm flo để tạo thành nitrosyl florua FNO và nitrile florua FNO 2, tương ứng. Carbon monoxide (II) thêm flo khi đun nóng để tạo thành carbonyl florua: CO + F 2 = COF 2.
Hydroxit kim loại phản ứng với Flo tạo thành florua kim loại và oxy, ví dụ 2Ba(OH) 2 + 2F 2 = 2BaF 2 + 2H 2 O + O 2. Dung dịch nước NaOH và KOH phản ứng với Flo ở 0°C tạo thành OF 2.
Các halogen kim loại hoặc phi kim phản ứng với flo khi trời lạnh, flo thay thế tất cả các halogen.
Sunfua, nitrua và cacbua dễ bị flo hóa. Hyđrua kim loại tạo thành florua kim loại và HF với flo khi lạnh; amoniac (ở dạng hơi) - N 2 và HF. Flo thay thế hydro trong axit hoặc kim loại trong muối của chúng, ví dụ HNO 3 (hoặc NaNO 3) + F 2 = FNO 3 + HF (hoặc NaF); trong những điều kiện khắc nghiệt hơn, Flo thay thế oxy khỏi các hợp chất này, tạo thành sulfuryl florua, ví dụ Na 2 SO 4 + 2F 2 = 2NaF + SO 2 F 2 + O 2. Cacbonat của kim loại kiềm và kiềm thổ phản ứng với flo ở nhiệt độ thường; điều này tạo ra florua tương ứng, CO 2 và O 2 .
Flo phản ứng mạnh với các chất hữu cơ.
Thu được Flo. Nguồn sản xuất flo là hydro florua, chất này thu được chủ yếu nhờ tác dụng của axit sulfuric H 2 SO 4 · với fluorit CaF 2, hoặc bằng cách xử lý apatit và photphorit. Việc sản xuất flo được thực hiện bằng cách điện phân sự tan chảy của kali florua có tính axit KF-(1,8-2,0)HF, được hình thành khi sự tan chảy KF-HF được bão hòa với hydro florua đến hàm lượng 40-41% HF. Vật liệu làm máy điện phân thường là thép; điện cực - cực dương cacbon và cực âm thép. Điện phân được thực hiện ở nhiệt độ 95-100 °C và điện áp 9-11 V; Sản lượng dòng Flo đạt 90-95%. Flo thu được chứa tới 5% HF, chất này được loại bỏ bằng cách đông lạnh và hấp thụ bằng natri florua. Fluorine được lưu trữ ở trạng thái khí (dưới áp suất) và ở dạng lỏng (khi làm mát bằng nitơ lỏng) trong các thiết bị làm từ niken và hợp kim dựa trên nó (kim loại Monel), đồng, nhôm và hợp kim của nó, đồng thau, thép không gỉ.
Ứng dụng của Flo. Flo khí được sử dụng để florua hóa UF 4 thành UF 6, dùng để tách đồng vị urani, cũng như sản xuất clo triflorua ClF 3 (chất florua), lưu huỳnh hexafluorua SF 6 (chất cách điện dạng khí trong công nghiệp điện), florua kim loại (ví dụ W và V ). Fluorine lỏng là chất oxy hóa cho nhiên liệu tên lửa.
Nhiều hợp chất Fluorine được sử dụng rộng rãi - hydro florua, nhôm florua, silicofluoride, axit fluorosulfonic (dung môi, chất xúc tác, thuốc thử để sản xuất các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm - SO 2 F), BF 3 (chất xúc tác), hợp chất organofluorine và các hợp chất khác.
Biện pháp phòng ngừa an toàn. Flo là chất độc, nồng độ tối đa cho phép trong không khí khoảng 2·10 -4 mg/l, nồng độ tối đa cho phép khi tiếp xúc không quá 1 giờ là 1,5·10 -3 mg/l.
Fluoride trong cơ thể. Fluorine liên tục được đưa vào các mô động vật và thực vật; nguyên tố vi lượng Ở dạng hợp chất vô cơ, nó được tìm thấy chủ yếu trong xương động vật và con người - 100-300 mg/kg; Đặc biệt trong răng có rất nhiều fluoride. Xương của động vật biển giàu flo hơn so với xương của động vật trên cạn. Nó xâm nhập vào cơ thể động vật và con người chủ yếu bằng nước uống, hàm lượng flo tối ưu là 1-1,5 mg/l. Khi thiếu florua, một người sẽ bị sâu răng và nếu tăng lượng ăn vào sẽ bị nhiễm florua. Nồng độ ion flo cao rất nguy hiểm do chúng có khả năng ức chế một số phản ứng enzyme cũng như liên kết các yếu tố sinh học quan trọng. (P, Ca, Mg và những loại khác), phá vỡ sự cân bằng của chúng trong cơ thể. Các dẫn xuất florua hữu cơ chỉ được tìm thấy ở một số thực vật (ví dụ, ở Dichapetalum cymosum của Nam Phi). Những chất chính là dẫn xuất của axit fluoroacetic, gây độc cho cả thực vật và động vật khác. Một mối liên hệ đã được thiết lập giữa quá trình chuyển hóa florua và sự hình thành mô xương và đặc biệt là răng.
Ngộ độc flo có thể xảy ra ở những công nhân làm việc trong ngành hóa chất, trong quá trình tổng hợp các hợp chất chứa flo và sản xuất phân lân. Fluoride kích thích đường hô hấp và gây bỏng da. Trong ngộ độc cấp tính, xảy ra kích ứng màng nhầy của thanh quản và phế quản, mắt, chảy nước bọt và chảy máu cam; trong trường hợp nặng - phù phổi, tổn thương hệ thần kinh trung ương và những người khác; trong trường hợp mãn tính - viêm kết mạc, viêm phế quản, viêm phổi, xơ vữa động mạch, nhiễm fluor. Các tổn thương da như bệnh chàm là đặc trưng. Sơ cứu: rửa mắt bằng nước, trị bỏng da - tưới bằng cồn 70%; trong trường hợp ngộ độc qua đường hô hấp - hít phải oxy. Phòng ngừa: tuân thủ các quy định an toàn, mặc quần áo đặc biệt, khám sức khỏe định kỳ, bổ sung canxi và vitamin trong chế độ ăn uống.
Nguyên tố hoạt động mạnh nhất, có độ âm điện lớn nhất, phản ứng mạnh nhất, hung hãn nhất, phi kim loại nhất. Nhất, nhất, nhất... Chúng ta sẽ phải lặp lại từ này hoặc các từ đồng nghĩa của nó rất thường xuyên.
Rốt cuộc, chúng ta đang nói về fluoride.
Tại cực của bảng tuần hoàn
Flo là một nguyên tố thuộc họ halogen, bao gồm clo, brom, iốt và astatine phóng xạ được sản xuất nhân tạo. Fluorine có tất cả các đặc điểm của các phân nhóm đồng loại của nó, nhưng nó giống như một người không có ý thức về sự cân đối: mọi thứ đều tăng lên đến mức cực đoan, đến mức giới hạn. Điều này được giải thích chủ yếu bởi vị trí của nguyên tố số 9 trong bảng tuần hoàn và cấu trúc điện tử của nó. Vị trí của nó trong bảng tuần hoàn là “cực của các tính chất phi kim loại”, góc trên bên phải. Mẫu nguyên tử của flo: điện tích hạt nhân 9+, hai electron ở lớp vỏ bên trong, bảy electron ở lớp vỏ ngoài. Mỗi nguyên tử luôn phấn đấu cho một trạng thái ổn định. Để làm được điều này, nó cần phải lấp đầy lớp điện tử bên ngoài. Nguyên tử flo theo nghĩa này cũng không ngoại lệ. Electron thứ tám bị bắt giữ và mục tiêu đã đạt được - một ion flo có lớp vỏ ngoài "bão hòa" được hình thành.
Số electron được thêm vào cho thấy trạng thái oxy hóa của flo là –1; Không giống như các halogen khác, flo không thể thể hiện trạng thái oxy hóa dương.
Xu hướng flo lấp đầy lớp electron bên ngoài thành cấu hình tám electron là cực kỳ mạnh. Do đó, nó có khả năng phản ứng đặc biệt và tạo thành các hợp chất với hầu hết các nguyên tố. Cho đến những năm 50 của thế kỷ XX, hầu hết các nhà hóa học đều tin rằng, và có lý do chính đáng, rằng các khí hiếm không thể tạo thành các hợp chất hóa học thực sự. Tuy nhiên, ngay sau đó ba trong số sáu nguyên tố ẩn dật không thể chống lại sự tấn công dữ dội của flo hung hãn một cách đáng kinh ngạc. Từ năm 1962, người ta đã thu được florua và thông qua chúng, các hợp chất khác của krypton, xenon và radon.
Rất khó để giữ cho flo không phản ứng, nhưng việc loại bỏ các nguyên tử của nó khỏi các hợp chất thường không dễ dàng hơn. Một yếu tố khác đóng vai trò ở đây - kích thước rất nhỏ của nguyên tử và ion flo. Chúng ít hơn khoảng một lần rưỡi so với clo và bằng một nửa so với iốt.
Có thể dễ dàng quan sát thấy ảnh hưởng của kích thước của nguyên tử halogen đến độ ổn định của halogenua bằng cách sử dụng ví dụ về các hợp chất molypden halogenua (Bảng 1).
Bảng 1
Rõ ràng, kích thước của các nguyên tử halogen càng lớn thì càng ít chúng nằm xung quanh nguyên tử molypden. Trạng thái oxy hóa tối đa có thể có của molypden chỉ được thực hiện khi kết hợp với các nguyên tử flo, kích thước nhỏ của nó cho phép phân tử được “đóng gói” chặt chẽ nhất.
Nguyên tử Flo có độ âm điện rất cao, tức là khả năng thu hút điện tử; Khi tương tác với oxy, flo tạo thành các hợp chất trong đó oxy tích điện dương. Nước nóng cháy tạo thành dòng flo tạo thành khí oxi.
Trình duyệt của bạn không hỗ trợ JWPlayer
Đó không phải là một trường hợp ngoại lệ sao? Oxy đột nhiên không phải là nguyên nhân mà là hậu quả của quá trình đốt cháy.
Không chỉ nước mà cả các vật liệu thường không cháy khác như amiăng, gạch và nhiều kim loại cũng bốc cháy trong dòng flo. Brom, iốt, lưu huỳnh, selen, Tellurium, phốt pho, asen, antimon, silicon, than củi tự bốc cháy trong flo ngay cả ở nhiệt độ bình thường, và chỉ cần đun nóng nhẹ, số phận tương tự sẽ xảy ra với các kim loại bạch kim cao quý, được biết đến với tính thụ động hóa học của chúng.
Vì vậy, cái tên flo không có gì đáng ngạc nhiên. Dịch từ tiếng Hy Lạp, từ này có nghĩa là “hủy diệt”.
Flo hay flo?
Fluorine - mang tính hủy diệt - một cái tên thích hợp đến bất ngờ. Tuy nhiên, một tên gọi khác của nguyên tố số 9 phổ biến hơn ở nước ngoài – fluor, trong tiếng Latin có nghĩa là “chất lỏng”.
Tên này phù hợp hơn không phải với flo mà phù hợp với một số hợp chất của nó và có nguồn gốc từ fluorit hoặc fluorit - hợp chất flo đầu tiên được con người sử dụng. Rõ ràng, ngay từ thời cổ đại, con người đã biết về khả năng của loại khoáng chất này trong việc làm giảm nhiệt độ nóng chảy của quặng và xỉ luyện kim, nhưng tất nhiên, họ không biết thành phần của nó. Cái chính được đặt tên là Fluor thành phần khoáng chất này, một nguyên tố vẫn chưa được biết đến.
Cái tên này đã ăn sâu vào tâm trí các nhà khoa học đến nỗi đề xuất đổi tên nguyên tố này được đưa ra vào năm 1816 một cách hợp lý và hợp lý đã không nhận được sự ủng hộ. Nhưng trong những năm này, việc tìm kiếm fluor đã được tăng cường; rất nhiều dữ liệu thực nghiệm đã được tích lũy để xác nhận khả năng phá hủy của fluor và các hợp chất của nó. Và tác giả của đề xuất này không chỉ là bất kỳ ai mà còn là những nhà khoa học lớn nhất thời bấy giờ, Andre Ampère và Humphry Davy. Tuy nhiên, flo vẫn là flo.
Nạn nhân? - Không, anh hùng
Việc đề cập đến fluor và fluorit lần đầu tiên có từ thế kỷ 15.
Vào đầu thế kỷ 18. Axit flohydric, một dung dịch nước của hydro florua, đã được phát hiện và vào năm 1780, nhà hóa học nổi tiếng người Thụy Điển Karl Wilhelm Scheele lần đầu tiên cho rằng axit này có chứa một nguyên tố hoạt động mới. Tuy nhiên, để xác nhận phỏng đoán của Scheele và cô lập được flo (hay flo), các nhà hóa học phải mất hơn 100 năm, cả một thế kỷ làm việc cật lực của nhiều nhà khoa học đến từ các quốc gia khác nhau.
Fluorine rất độc hại; làm việc với nó và các hợp chất của nó đòi hỏi sự cẩn thận và các biện pháp bảo vệ chu đáo. Những người phát hiện ra flo chỉ có thể đoán về điều này, và thậm chí không phải lúc nào cũng vậy. Vì vậy, lịch sử phát hiện ra flo gắn liền với tên tuổi của nhiều anh hùng khoa học. Hai anh em nhà hóa học người Anh Thomas và George Knox đã cố gắng thu được flo từ florua của bạc và chì. Cuộc thí nghiệm kết thúc bi thảm: Georg Knox bị tàn tật, Thomas qua đời. Số phận tương tự cũng xảy ra với D. Nickles và P. Layet. Nhà hóa học xuất sắc của thế kỷ 19. Humphry Davy, người sáng tạo ra lý thuyết hydro của axit, người đầu tiên thu được natri, kali, magie, canxi, stronti và bari, người đã chứng minh bản chất nguyên tố của clo, đã không thể giải quyết vấn đề thu được nguyên tố có khả năng phá hủy hoàn toàn . Trong những thí nghiệm này, anh ta bị đầu độc và lâm bệnh nặng. J. Gay-Lussac và L. Tenard mất sức khỏe mà không đạt được kết quả đáng khích lệ nào.
A. Lavoisier, M. Faraday, E. Fremy thành công hơn. Fluorine “tha” cho họ, nhưng họ cũng không thành công.
Năm 1834, Faraday nghĩ rằng cuối cùng ông đã thành công trong việc thu được loại khí khó nắm bắt này. Nhưng anh ấy sớm buộc phải thừa nhận: “Tôi không thể mua được florua. Những giả định của tôi, sau khi được phân tích nghiêm ngặt, lần lượt biến mất…” Trong 50 (!) năm, gã khổng lồ khoa học này đã cố gắng giải quyết vấn đề thu được flo, nhưng không bao giờ có thể vượt qua được…
Những thất bại khiến các nhà khoa học đau đầu, nhưng niềm tin vào sự tồn tại và khả năng tách flo ngày càng mạnh mẽ sau mỗi thí nghiệm mới. Nó dựa trên nhiều điểm tương đồng về hành vi và tính chất của các hợp chất flo với các hợp chất của các halogen đã được biết đến - clo, brom và iốt.
Có một số thành công trên đường đi. Fremy, cố gắng tách flo từ florua bằng phương pháp điện phân, đã tìm ra cách sản xuất hydro florua khan. Mỗi trải nghiệm, ngay cả những trải nghiệm không thành công, đều bổ sung nền tảng kiến thức về nguyên tố kỳ diệu và đưa ngày khám phá ra nó đến gần hơn. Và ngày này đã đến.
Vào ngày 26 tháng 6 năm 1886, nhà hóa học người Pháp Henri Moissan đã điện phân hydro florua khan. Ở nhiệt độ -23°C, ông thu được một chất khí mới có khả năng phản ứng cực cao ở cực dương. Moissan đã thu thập được một số bong bóng khí. Đó là florua!
Moissan đã báo cáo phát hiện của mình cho Học viện Paris. Một ủy ban ngay lập tức được thành lập, trong vài ngày tới, ủy ban này sẽ đến phòng thí nghiệm của Moissan để tận mắt chứng kiến mọi thứ.
Moissan đã chuẩn bị cẩn thận cho thí nghiệm lặp lại. Ông ta đã cho hydro florua ban đầu được tinh chế thêm, và... ủy ban cấp cao không thấy có flo. Thí nghiệm không được sao chép, không quan sát thấy quá trình điện phân giải phóng flo! Vụ bê bối?!
Nhưng Moissan đã tìm ra được lý do. Hóa ra chỉ một lượng nhỏ kali florua có trong hydro florua mới làm cho nó trở thành chất dẫn điện. Việc sử dụng hydro florua trong thí nghiệm đầu tiên mà không cần tinh chế thêm đã đảm bảo thành công: có tạp chất - quá trình điện phân đang được tiến hành. Việc chuẩn bị kỹ lưỡng cho thí nghiệm thứ hai là nguyên nhân dẫn đến thất bại.
Tuy nhiên, may mắn chắc chắn đã đứng về phía Moissan. Chẳng bao lâu sau, ông đã tìm được vật liệu rẻ tiền và đáng tin cậy cho các thiết bị sản xuất flo. Vấn đề này không kém phần khó khăn so với việc có được một phần tử ngoan cố. Hydro florua và flo đã phá hủy mọi thiết bị. Davy cũng đã thử nghiệm các bình làm từ lưu huỳnh kết tinh, than đá, bạc và bạch kim, nhưng tất cả những vật liệu này đều bị phá hủy trong quá trình điện phân các hợp chất flo.
Moissan thu được những gam flo đầu tiên trong máy điện phân bạch kim với các điện cực làm bằng hợp kim iridium-bạch kim. Bất chấp nhiệt độ thấp khi thí nghiệm được thực hiện, mỗi gam flo đã “phá hủy” 5...6 g bạch kim.
Moissan đã thay bình bạch kim bằng bình đồng. Tất nhiên, đồng cũng dễ bị tác động bởi flo, nhưng cũng giống như nhôm được bảo vệ khỏi không khí bằng một màng oxit, đồng cũng được “ẩn” khỏi flo đằng sau một màng đồng florua không thể cưỡng lại được.
Điện phân thực tế vẫn là phương pháp duy nhất để sản xuất flo. Từ năm 1919, chất tan chảy biflorua đã được sử dụng làm chất điện phân. Vật liệu của máy điện phân và điện cực hiện đại là đồng, niken, thép và than chì. Tất cả những điều này làm cho việc sản xuất nguyên tố số 9 rẻ hơn nhiều lần và có thể sản xuất nó ở quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, nguyên tắc thu được flo vẫn giống như nguyên tắc do Davy và Faraday đề xuất và được Moissan thực hiện lần đầu tiên.
Flo và nhiều hợp chất của nó không chỉ được quan tâm nhiều về mặt lý thuyết mà còn có ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Có rất nhiều hợp chất flo, việc sử dụng chúng rất linh hoạt và phong phú đến nỗi ngay cả 100 trang cũng không đủ để kể về mọi thứ thú vị có liên quan đến nguyên tố này. Do đó, trong câu chuyện của chúng tôi, bạn sẽ chỉ tìm thấy những hợp chất flo thú vị nhất đã có chỗ đứng vững chắc trong ngành công nghiệp, trong cuộc sống, trong cuộc sống hàng ngày và thậm chí trong nghệ thuật của chúng ta - những hợp chất không có hợp chất này (điều này có thể nói không cường điệu) sẽ tiến triển rất nhanh. không thể tưởng tượng được.
Flo hiđrua và... nước
Flo hủy diệt toàn diện và nguồn nước quen thuộc “hòa bình” có thể có điểm gì chung? Có vẻ như - không có gì. Nhưng hãy cẩn thận với những kết luận vội vàng. Xét cho cùng, nước có thể được coi là một hydrua oxy, và axit flohydric HF không gì khác hơn là một hydrua flo. Vì vậy, chúng ta đang xử lý những “họ hàng” hóa học gần nhất - hydrua của hai chất oxy hóa mạnh.
Hiđrua của tất cả các halogen đã được biết. Tính chất của chúng thay đổi một cách tự nhiên, nhưng hydro florua gần với nước hơn về nhiều mặt so với các hydro halogenua khác. So sánh các hằng số điện môi: đối với HF và H 2 O chúng rất gần nhau (83,5 và 80), trong khi đối với brom, iốt và clo hydrua thì đặc tính này thấp hơn nhiều (chỉ 2,9...4,6). Điểm sôi của HF là +19°C, trong khi HI, HBr và HCl chuyển sang trạng thái khí ở nhiệt độ dưới 0.
Một trong những hợp chất flo tự nhiên, khoáng chất cryolit, được gọi là băng không tan. Thật vậy, các tinh thể cryolit khổng lồ rất giống với các khối băng.
Trở lại năm 1670, nghệ sĩ Schwangard ở Nuremberg đã trộn fluorit với axit sulfuric và áp dụng các hình vẽ lên thủy tinh bằng hỗn hợp này. Schwangard không biết rằng các thành phần trong hỗn hợp của ông phản ứng với nhau mà “rút” ra sản phẩm phản ứng. Điều này không ngăn cản việc thực hiện khám phá của Schwangard. Họ vẫn sử dụng nó ngày hôm nay. Một lớp parafin mỏng được phủ lên bình thủy tinh. Người nghệ sĩ sơn lên lớp này rồi nhúng bình vào dung dịch axit flohydric. Ở những nơi mà “áo giáp” parafin, không thể bị tổn thương bởi hydro florua, bị loại bỏ, axit sẽ ăn mòn kính và hình vẽ sẽ mãi mãi in trên đó. Cái này sử dụng lâu đời nhất hydro florua, nhưng không có nghĩa là duy nhất.
Chỉ cần nói rằng chưa đầy 20 năm sau khi thành lập các cơ sở công nghiệp đầu tiên để sản xuất hydro florua, sản lượng hàng năm của nó ở Hoa Kỳ đã đạt 125 nghìn tấn.
Thủy tinh, thực phẩm, dầu mỏ, hạt nhân, luyện kim, hóa chất, hàng không, giấy - còn lâu mới đến được danh sách đầy đủ những ngành công nghiệp mà hydro florua được sử dụng rộng rãi nhất.
Hydro florua có khả năng thay đổi tốc độ của nhiều phản ứng và được sử dụng làm chất xúc tác cho nhiều biến đổi hóa học.
Một trong những xu hướng chính của hóa học hiện đại là thực hiện các phản ứng trong môi trường không chứa nước. Hydro florua đã trở thành dung môi không chứa nước được quan tâm nhất và đã được sử dụng rộng rãi.
Hydro florua là một chất phản ứng rất mạnh và nguy hiểm, nhưng nó không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Do đó, các phương pháp xử lý nó đã được cải tiến đến mức đối với một nhà hóa học có năng lực trong thời đại chúng ta, hydro florua gần như trở nên an toàn như đối với cư dân của một hành tinh flo chưa được biết đến.
Flo và luyện kim
Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất, trữ lượng của nó rất lớn, nhưng việc sản xuất nhôm chỉ bắt đầu phát triển vào cuối thế kỷ 19. Các hợp chất oxy của nhôm rất mạnh và việc khử chúng bằng than không tạo ra kim loại nguyên chất. Và để sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân, cần có các hợp chất halogen của nó và trên hết là cryolit, chứa cả nhôm và flo. Nhưng có rất ít cryolit trong tự nhiên, ngoài ra, nó có hàm lượng “kim loại có cánh” thấp - chỉ 13%. Con số này ít hơn gần ba lần so với bauxite. Tái chế bauxite rất khó, nhưng may mắn thay nó có thể hòa tan trong cryolit. Điều này tạo ra sự tan chảy ít nóng chảy và giàu nhôm. Điện phân của nó là phương pháp công nghiệp duy nhất để sản xuất nhôm. Việc thiếu cryolite tự nhiên được bù đắp bằng cryolite nhân tạo, được sản xuất với số lượng lớn bằng cách sử dụng hydro florua.
Do đó, những thành tựu trong sự phát triển của ngành công nghiệp nhôm và chế tạo máy bay phần lớn là hệ quả của những thành công trong lĩnh vực hóa học của flo và các hợp chất của nó.
Một vài lời về organofluorine
Vào những năm 30 của thế kỷ 20, các hợp chất đầu tiên của flo và carbon đã được tổng hợp. Trong tự nhiên, những chất như vậy cực kỳ hiếm và không có lợi thế đặc biệt nào được nhận thấy ở chúng.
Tuy nhiên, sự phát triển của nhiều ngành công nghệ hiện đại và nhu cầu về vật liệu mới của chúng đã dẫn đến thực tế là đã có hàng nghìn hợp chất hữu cơ có chứa flo. Chỉ cần nhớ lại freon - vật liệu quan trọng nhất cho thiết bị làm lạnh và fluoroplastic-4, được gọi đúng là nhựa bạch kim.
Flo và sự sống
Có vẻ như một cụm từ như vậy không hoàn toàn hợp pháp. “Tính cách” của nguyên tố số 9 rất hung hãn; câu chuyện của anh ấy giống một cuốn tiểu thuyết trinh thám, trong đó mỗi trang đều là đầu độc hoặc giết người. Ngoài ra, bản thân flo và nhiều hợp chất của nó đã được sử dụng để sản xuất vũ khí hủy diệt hàng loạt: trong Thế chiến thứ hai, người Đức đã sử dụng clo triflorua làm chất gây cháy; Một số hợp chất chứa flo được coi là chất độc hại bí mật ở Mỹ, Anh và Đức và được sản xuất ở quy mô bán công nghiệp. Không có gì bí mật rằng nếu không có flo thì khó có thể chế tạo được vũ khí nguyên tử.
Làm việc với florua rất nguy hiểm: chỉ cần bất cẩn một chút cũng có thể khiến con người bị phá hủy răng, móng tay bị biến dạng, xương ngày càng dễ gãy, mạch máu mất tính đàn hồi và trở nên giòn. Kết quả là bệnh nặng hoặc tử vong.
Tuy nhiên, tiêu đề “Flo và sự sống” là chính đáng. Điều này lần đầu tiên được chứng minh... bởi một con voi. Một con voi bình thường, mặc dù là hóa thạch, được tìm thấy ở vùng lân cận Rome. Fluoride được phát hiện tình cờ trong răng của ông. Phát hiện này đã thôi thúc các nhà khoa học tiến hành một nghiên cứu có hệ thống về thành phần hóa học của răng người và động vật. Người ta phát hiện ra rằng răng có chứa tới 0,02% florua, chất này sẽ đi vào cơ thể qua nước uống. Thông thường, một tấn nước chứa tới 0,2 mg florua. Thiếu fluoride dẫn đến sâu răng - sâu răng.
Việc bổ sung florua một cách nhân tạo vào nước ở những nơi thiếu hụt nó sẽ giúp loại bỏ các trường hợp mắc bệnh mới và giảm sâu răng ở người bệnh. Hãy đặt chỗ ngay - lượng florua dư thừa trong nước sẽ gây ra bệnh cấp tính - nhiễm fluor (lốm men). Vấn đề nan giải muôn thuở của y học: liều lượng lớn là thuốc độc, liều lượng nhỏ là thuốc.
Ở nhiều nơi, các cơ sở lắp đặt fluoride nhân tạo cho nước đã được xây dựng.
Phương pháp ngăn ngừa sâu răng ở trẻ em này đặc biệt hiệu quả. Vì vậy, ở một số nước, hợp chất florua (với liều lượng cực nhỏ) được thêm vào... sữa.
Có giả thuyết cho rằng flo cần thiết cho sự phát triển của tế bào sống và nó được đưa vào cùng với phốt pho trong các mô động vật và thực vật.
Fluorine được sử dụng rộng rãi trong việc tổng hợp các loại thuốc khác nhau. Các hợp chất organofluorine được sử dụng thành công để điều trị các bệnh về tuyến giáp, đặc biệt là bệnh Graves, các dạng tiểu đường mãn tính, bệnh phế quản và thấp khớp, bệnh tăng nhãn áp và ung thư. Chúng cũng thích hợp để phòng ngừa và điều trị bệnh sốt rét và phục vụ phương thuốc tốt chống lại nhiễm trùng liên cầu khuẩn và tụ cầu khuẩn. Một số loại thuốc organofluorine là thuốc giảm đau đáng tin cậy.
Fluoride và cái chết? Có thể và cần thiết phải làm việc trong lĩnh vực này, nhưng để thu được không phải các chất độc hại chết người mà là nhiều loại thuốc khác nhau để chống lại loài gặm nhấm và các loài gây hại nông nghiệp khác. Ví dụ về các ứng dụng như vậy bao gồm axit monofluoroaxetic và natri fluoroaxetat.
Và băng và lửa
Thật tuyệt biết bao khi lấy một chai nước khoáng mát lạnh ra khỏi tủ lạnh vào ngày hè nóng nực...
Trong hầu hết các tủ lạnh - cả công nghiệp và gia dụng - chất làm lạnh, chất tạo ra lạnh, là chất lỏng organofluorine - freon.
Freon thu được bằng cách thay thế các nguyên tử hydro trong phân tử của các hợp chất hữu cơ đơn giản nhất bằng flo hoặc flo và clo.
ban 2
Hydrocacbon đơn giản nhất là metanCH4. Nếu tất cả các nguyên tử hydro trong metan được thay thế bằng flo thì tetrafluoromethaneCF 4 (Freon-14) được hình thành và nếu chỉ có hai nguyên tử hydro được thay thế bằng flo và hai nguyên tử còn lại bằng clo thì difluorodiclorometanCF 2 Cl 2 (Freon-12) ) thu được. Trong bảng 2 cho thấy những đặc điểm quan trọng nhất của một số hợp chất như vậy.
Freon cực kỳ ổn định và trơ về mặt hóa học. Ở đây, như trong trường hợp fluoroplastic, chúng ta phải đối mặt với hiện tượng đáng kinh ngạc tương tự: với sự trợ giúp của nguyên tố hoạt động mạnh nhất - flo - có thể thu được các chất rất thụ động về mặt hóa học. Chúng đặc biệt có khả năng chống lại tác động của các tác nhân oxy hóa và điều này không có gì đáng ngạc nhiên - xét cho cùng, các nguyên tử carbon của chúng ở mức độ oxy hóa cao nhất. Do đó, fluorocarbon (và đặc biệt là freon) không cháy ngay cả trong môi trường có oxy nguyên chất. Khi đun nóng mạnh, sự phá hủy xảy ra - sự phân rã của các phân tử, nhưng không xảy ra quá trình oxy hóa. Những đặc tính này cho phép sử dụng freon trong một số trường hợp khác: chúng được sử dụng làm chất chống cháy, dung môi trơ và các sản phẩm trung gian để sản xuất nhựa và chất bôi trơn. Nhưng, than ôi, freon phá hủy tầng ozone của hành tinh - và điều này phải được tính đến.
Hiện nay có hàng nghìn hợp chất fluor hữu cơ đã được biết đến nhiều loại khác nhau. Nhiều trong số chúng được sử dụng trong các ngành quan trọng nhất của công nghệ hiện đại.
Trong freon, flo hoạt động cho “ngành công nghiệp lạnh”, nhưng với sự trợ giúp của nó, người ta có thể thu được nhiệt độ rất cao. So sánh những số liệu sau: nhiệt độ của ngọn lửa oxy-hydro là 2800°C, ngọn lửa oxy-axetylen là 3500°C và khi hydro cháy trong flo, nhiệt độ sẽ tăng lên 3700°C. Phản ứng này đã được ứng dụng thực tế trong đèn khò hydro florua để cắt kim loại. Ngoài ra, đầu đốt được biết là hoạt động bằng fluorochloride (hợp chất của flo và clo), cũng như trên hỗn hợp nitơ triflorua và hydro. Hỗn hợp thứ hai đặc biệt thuận tiện vì nitơ triflorua không gây ăn mòn thiết bị. Đương nhiên, trong tất cả các phản ứng này, flo và các hợp chất của nó đóng vai trò là chất oxy hóa. Chúng cũng có thể được sử dụng làm tác nhân oxy hóa trong chất lỏng. động cơ phản lực. Nhiều người ủng hộ phản ứng liên quan đến flo và các hợp chất của nó. Nhiệt độ tăng cao đồng nghĩa với việc áp suất trong buồng đốt sẽ lớn hơn, lực đẩy của động cơ phản lực sẽ tăng lên. Không có sản phẩm cháy rắn nào được hình thành do các phản ứng như vậy, có nghĩa là trong trường hợp này cũng không có nguy cơ làm tắc vòi phun và làm hỏng động cơ.
Nhưng flo, với tư cách là một thành phần của nhiên liệu tên lửa, có một số nhược điểm lớn. Nó có độc tính cao, ăn mòn và có nhiệt độ sôi rất thấp. Khó duy trì ở dạng lỏng hơn các loại khí khác. Do đó, các hợp chất flo với oxy và halogen được chấp nhận nhiều hơn ở đây.
Một số hợp chất này không thua kém về đặc tính oxy hóa so với flo lỏng, nhưng có lợi thế rất lớn; trong điều kiện bình thường, đây là chất lỏng hoặc chất khí dễ hóa lỏng. So sánh các thuộc tính của chúng bằng cách phân tích dữ liệu trong bảng. 3.
bàn số 3
| Tên kết nối | Công thức | Điểm nóng chảy, °C | Điểm sôi, °C | Trạng thái tổng hợp |
| Clo monoflorua | ClF | –155,6 | –100,1 | Khí ga |
| Clo triflorua | ClF 3 | –76,3 | 11,75 | » |
| Brom monoflorua | BrF | –33 | 20 | Chất lỏng |
| Brom triflorua | BrF 3 | 8,8 | 127,6 | » |
| Brom pentaflorua | BrF 5 | –61,3 | 40,5 | » |
| Iốt pentaflorua | NẾU 5 | 9,43 | 100,5 | » |
| Iốt heptaflorua | NẾU 7 | Vozg. | 4,5 | Khí ga |
| Oxit flo (bệnh bạch hầu oxy) | CỦA 2 | –223,8 | –144,8 | » |
| Nitơ triflorua | NF 3 | –208,5 | –129,1 | » |
| Perchloryl florua | FClO3 | –146 | –46,8 | » |
| Flo | F 2 | –227,6 | –188,1 | » |
Trong số các hợp chất fluorohaloid, hợp chất thuận tiện nhất để sử dụng làm nhiên liệu tên lửa là clo triflorua và brom pentaflorua. Ví dụ, người ta biết rằng vào năm 1956 ở Hoa Kỳ, clo triflorua được coi là chất oxy hóa có thể có cho nhiên liệu máy bay phản lực. Hoạt tính hóa học cao làm cho việc sử dụng các chất đó trở nên khó khăn. Tuy nhiên, những khó khăn này không phải là tuyệt đối và có thể khắc phục được.
Tỷ lệ hiện mắc
Mỗi lít nước biển chứa 0,3 mg florua. Hàm lượng này trong vỏ hàu nhiều gấp 20 lần.
Các rạn san hô chứa hàng triệu tấn florua. Hàm lượng flo trung bình trong sinh vật sống thấp hơn 200 lần so với trong vỏ trái đất.
Fluoride trông như thế nào?
Trong điều kiện bình thường, flo là chất khí màu vàng nhạt; ở -188°C nó là chất lỏng màu vàng hoàng yến; ở -228°C flo đóng băng và biến thành tinh thể màu vàng nhạt. Nếu nhiệt độ giảm xuống -252°C, những tinh thể này sẽ bị đổi màu.
Fluor có mùi như thế nào?
Như bạn đã biết, mùi clo, brom và iốt rất khó để phân loại là dễ chịu. Về mặt này, flo khác biệt rất ít so với các halogen đồng loại của nó. Mùi của nó rất gắt và khó chịu, gợi nhớ đến mùi của clo và ozone. Một phần triệu flo trong không khí đủ để mũi con người phát hiện ra sự hiện diện của nó.
Trong thung lũng ngàn khói thuốc
Khí có nguồn gốc núi lửa đôi khi có chứa hydro florua. Nguồn tự nhiên nổi tiếng nhất của loại khí này là các lỗ phun khí ở Thung lũng Ngàn Khói (Alaska). Mỗi năm, khoảng 200 nghìn tấn hydro florua được đưa vào khí quyển cùng với khói núi lửa.
Davy làm chứng
“Tôi rất hứng thú thực hiện thí nghiệm điện phân axit hydrofluoric tinh khiết vì nó mang lại cơ hội có thể xảy ra nhất để xác minh bản chất thực sự của flo. Nhưng đã gặp phải những khó khăn đáng kể trong quá trình thực hiện quá trình này. Axit flohydric lỏng ngay lập tức phá hủy thủy tinh và tất cả các loài động vật và thực vật. Nó hoạt động trên tất cả các cơ thể có chứa oxit kim loại. Tôi không biết có chất nào không hòa tan trong đó, ngoại trừ một số kim loại, than củi, phốt pho, lưu huỳnh và một số hợp chất clo.”
Flo và năng lượng hạt nhân
Vai trò của flo và các hợp chất của nó trong sản xuất nhiên liệu hạt nhân là đặc biệt. Chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng nếu không có flo thì trên thế giới vẫn sẽ không có một nhà máy điện hạt nhân nào và tổng số lò phản ứng nghiên cứu sẽ không khó để đếm trên đầu ngón tay.
Người ta biết rằng không phải tất cả uranium đều có thể dùng làm nhiên liệu hạt nhân mà chỉ có một số đồng vị của nó, chủ yếu là 235 U.
Không dễ để tách các đồng vị chỉ khác nhau về số lượng neutron trong hạt nhân, và nguyên tố càng nặng thì sự khác biệt về trọng lượng càng ít. Việc tách các đồng vị uranium còn phức tạp hơn bởi thực tế là hầu hết các phương pháp tách hiện đại đều được thiết kế để chất khí hoặc chất lỏng dễ bay hơi.
Uranium sôi ở nhiệt độ khoảng 3500°C. Những vật liệu nào sẽ phải được sử dụng để chế tạo cột, máy ly tâm và màng ngăn để tách các đồng vị nếu chúng ta phải làm việc với hơi uranium?! Một hợp chất đặc biệt dễ bay hơi của uranium là hexafluoride UF 6. Nó sôi ở 56,2°C. Do đó, không phải kim loại uranium được tách ra mà là uranium-235 và uranium-238 hexafluoride. Đương nhiên, các chất này không khác nhau về tính chất hóa học. Quá trình tách chúng diễn ra trong máy ly tâm quay nhanh.
Các phân tử uranium hexafluoride, được tăng tốc bằng lực ly tâm, đi qua các vách ngăn xốp mịn: các phân tử “nhẹ” chứa 235 U đi qua chúng nhanh hơn một chút so với các phân tử “nặng”.
Sau khi tách, uranium hexafluoride được chuyển thành tetrafluoride UF 4, sau đó thành kim loại uranium.
Uranium hexafluoride thu được là kết quả của phản ứng giữa uranium và flo nguyên tố, nhưng phản ứng này rất khó kiểm soát. Sẽ thuận tiện hơn khi xử lý uranium bằng các hợp chất flo với các halogen khác, ví dụ ClF 3, BrF và BrF 6. Việc sản xuất uranium tetraflorua UF 4 liên quan đến việc sử dụng hydro florua. Được biết, vào giữa những năm 60 ở Hoa Kỳ, gần 10% tổng lượng hydro florua được sử dụng để sản xuất uranium - khoảng 20 nghìn tấn.
Quá trình sản xuất các vật liệu quan trọng cho công nghệ hạt nhân như thori, berili và zirconi cũng bao gồm các giai đoạn thu được hợp chất flo của các nguyên tố này.
Nhựa bạch kim
Sư tử nuốt chửng Mặt trời. Biểu tượng này có ý nghĩa với các nhà giả kim về quá trình hòa tan vàng trong nước cường toan - hỗn hợp axit nitric và axit clohydric. Tất cả các kim loại quý đều rất ổn định về mặt hóa học. Vàng không hòa tan trong axit (trừ axit selenic) hoặc kiềm. Và chỉ có nước cường toan mới “nuốt chửng” cả vàng và thậm chí cả bạch kim.
Vào cuối những năm 30 của thế kỷ XX, một chất xuất hiện trong kho vũ khí của các nhà hóa học mà ngay cả “sư tử” cũng bất lực. Aqua regia hóa ra lại quá cứng đối với nhựa - fluoroplastic-4, còn được gọi là Teflon. Phân tử Teflon khác với phân tử polyetylen ở chỗ tất cả các nguyên tử hydro bao quanh chuỗi chính (... - C - C - C - ...) đều được thay thế bằng flo.
Flo(lat. Fluorum), F, nguyên tố hóa học có số nguyên tử 9, khối lượng nguyên tử 18,998403. Flo tự nhiên bao gồm một hạt nhân ổn định 19 F. Cấu hình của lớp electron bên ngoài là 2s2p5. Trong các hợp chất nó chỉ thể hiện trạng thái oxy hóa -1 (hóa trị I). Flo nằm ở chu kỳ thứ hai trong nhóm VIIA của bảng tuần hoàn các nguyên tố Mendeleev và thuộc nhóm halogen. Ở điều kiện bình thường, khí có màu vàng nhạt, mùi hăng.
Lịch sử phát hiện ra flo gắn liền với khoáng vật fluorit, hay fluorit, được mô tả vào cuối thế kỷ 15. Thành phần của khoáng chất này, như được biết đến ngày nay, tương ứng với công thức CaF 2 và nó đại diện cho chất có chứa flo đầu tiên mà con người bắt đầu sử dụng. Vào thời cổ đại, người ta đã lưu ý rằng nếu fluorit được thêm vào quặng trong quá trình nấu chảy kim loại, điểm nóng chảy của quặng và xỉ sẽ giảm xuống, điều này tạo điều kiện thuận lợi hơn cho quá trình (do đó có tên khoáng sản - từ tiếng Latin fluo - dòng chảy).
Năm 1771, bằng cách xử lý fluorit với axit sulfuric, nhà hóa học người Thụy Điển K. Scheele đã điều chế được một loại axit mà ông gọi là “axit fluoric”. Nhà khoa học người Pháp A. Lavoisier cho rằng axit này có chứa một nguyên tố hóa học mới mà ông đề xuất gọi là “fluorem” (Lavoisier tin rằng axit hydrofluoric là hợp chất của florua với oxy, bởi vì, theo Lavoisier, tất cả các axit đều phải chứa oxy) . Tuy nhiên, nổi bật phần tử mới anh ta không thể.
Nguyên tố mới được đặt tên là “fluor”, tên này cũng được phản ánh trong tên Latin của nó. Nhưng những nỗ lực lâu dài nhằm cô lập nguyên tố này ở dạng tự do đã không thành công. Nhiều nhà khoa học cố gắng lấy nó ở dạng tự do đã chết trong những thí nghiệm như vậy hoặc bị tàn tật. Đây là hai anh em nhà hóa học người Anh T. và G. Knox, và J.-L. Gay-Lussac và L. J. Thénard, và nhiều người khác. Bản thân G. Davy, người đầu tiên thu được natri (Na), kali (K), canxi (Ca) và các nguyên tố khác ở dạng tự do, đã bị nhiễm độc và bị bệnh nặng do thí nghiệm sản xuất flo bằng điện phân . Có lẽ, dưới ấn tượng của tất cả những thất bại này, vào năm 1816, một cái tên giống nhau về âm thanh nhưng hoàn toàn khác về ý nghĩa đã được đề xuất cho nguyên tố mới - flo (từ tiếng Hy Lạp phtoros - sự hủy diệt, cái chết). Tên này của nguyên tố này chỉ được chấp nhận bằng tiếng Nga, người Pháp và người Đức tiếp tục gọi flo là fluor, người Anh - flo.
Ngay cả một nhà khoa học xuất sắc như M. Faraday cũng không thể thu được flo ở dạng tự do. Chỉ đến năm 1886, nhà hóa học người Pháp A. Moissan, sử dụng phương pháp điện phân hydro florua lỏng HF, làm nguội đến nhiệt độ –23°C (chất lỏng phải chứa một ít kali florua KF, đảm bảo tính dẫn điện của nó), mới có thể thu được phần đầu tiên của khí mới có hoạt tính cực mạnh ở cực dương. Trong thí nghiệm đầu tiên của mình, Moissan đã sử dụng một máy điện phân rất đắt tiền làm từ bạch kim (Pt) và iridium (Ir) để sản xuất flo. Hơn nữa, mỗi gam flo thu được “ăn” tới 6 g bạch kim. Sau đó, Moissan bắt đầu sử dụng máy điện phân đồng rẻ hơn nhiều. Fluorine phản ứng với đồng (Cu), nhưng phản ứng tạo thành một màng florua mỏng, ngăn cản sự phá hủy kim loại hơn nữa.
Hóa học flo bắt đầu phát triển vào những năm 1930, đặc biệt nhanh chóng trong và sau Thế chiến thứ hai (1939-45) do nhu cầu của ngành công nghiệp hạt nhân và tên lửa. Cái tên "flo" (từ tiếng Hy Lạp phthoros - sự hủy diệt, cái chết), do A. Ampere đề xuất vào năm 1810, chỉ được sử dụng bằng tiếng Nga; Ở nhiều nước cái tên "fluor" được chấp nhận.
Xuất hiện trong tự nhiên: hàm lượng flo trong vỏ trái đất khá cao và chiếm tới 0,095% trọng lượng (nhiều hơn đáng kể so với chất tương tự gần nhất của flo trong nhóm - clo (Cl)). Do hoạt tính hóa học cao nên flo tất nhiên không tồn tại ở dạng tự do. Fluorine là một tạp chất được tìm thấy trong nhiều khoáng chất và được tìm thấy trong nước ngầm và nước biển. Flo có trong khí núi lửa và nước nóng. Các hợp chất quan trọng nhất của flo là fluorit, cryolit và topaz. Tổng cộng có 86 khoáng chất có chứa flo được biết đến. Các hợp chất flo cũng được tìm thấy trong apatit, photphorit và các chất khác. Fluorine là một nguyên tố sinh học quan trọng. Trong lịch sử Trái đất, nguồn flo đi vào sinh quyển là sản phẩm của các vụ phun trào núi lửa (khí, v.v.).
Trong điều kiện bình thường, flo là chất khí (mật độ 1,693 kg/m3) có mùi hăng. Điểm sôi –188,14°C, điểm nóng chảy –219,62°C. Ở trạng thái rắn, nó tạo thành hai dạng biến đổi: dạng a, tồn tại từ điểm nóng chảy đến –227,60°C, và dạng b, ổn định ở nhiệt độ thấp hơn –227,60°C.
Giống như các halogen khác, flo tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử F 2. Khoảng cách giữa các hạt nhân trong phân tử là 0,14165 nm. Phân tử F2 được đặc trưng bởi năng lượng phân ly thành nguyên tử thấp bất thường (158 kJ/mol), đặc biệt, năng lượng này quyết định khả năng phản ứng cao của flo. Fluor hóa trực tiếp có cơ chế dây chuyền và dễ dẫn đến cháy nổ.
Hoạt tính hóa học của flo rất cao. Trong số tất cả các nguyên tố có flo, chỉ có ba loại khí trơ nhẹ không tạo thành florua - helium, neon và argon. Ngoài các khí trơ đã nêu, nitơ (N), oxy (O), kim cương, carbon dioxide và carbon monoxide không phản ứng trực tiếp với flo trong điều kiện bình thường. Trong tất cả các hợp chất, flo chỉ thể hiện một trạng thái oxi hóa –1.
Flo phản ứng trực tiếp với nhiều chất đơn giản và phức tạp. Do đó, khi tiếp xúc với nước, flo sẽ phản ứng với nó (người ta thường nói rằng “nước cháy trong flo”), OF 2 và hydro peroxide H 2 O 2 cũng được hình thành.
2F 2 + 2H 2 O = 4HF + O 2
Flo phản ứng bùng nổ khi tiếp xúc đơn giản với hydro (H):
H2 + F2 = 2HF
Điều này tạo ra khí hydro florua HF, hòa tan vô hạn trong nước và tạo thành axit flohydric tương đối yếu.
Nó tương tác với oxy trong sự phóng điện phát sáng, tạo thành nhiệt độ thấp oxy florua O 2 P 3, O 3 F 2, v.v.
Phản ứng của flo với các halogen khác đều tỏa nhiệt, dẫn đến sự hình thành các hợp chất liên halogen. Clo phản ứng với flo khi đun nóng đến 200-250 °C, tạo ra clo monoflorua ClF và clo triflorua ClF 3. ClF 3 còn được biết đến, thu được bằng cách fluoride hóa ClF 3 ở nhiệt độ và áp suất cao 25 MN/m 2 (250 kgf/cm 2). Brom và iốt đốt cháy trong môi trường flo ở nhiệt độ bình thường và có thể thu được BrF 3, BrF 5, IF 5, IF 7. Flo phản ứng trực tiếp với krypton, xenon và radon tạo thành các florua tương ứng (ví dụ XeF 4, XeF 6, KrF 2). Oxyfluoride và xenon cũng được biết đến.
Sự tương tác của flo với lưu huỳnh đi kèm với sự giải phóng nhiệt và dẫn đến sự hình thành nhiều lưu huỳnh florua. Selenium và Tellurium tạo thành các florua cao hơn SeF 6 và TeF 6. Flo chỉ phản ứng với nitơ khi phóng điện. Than củi khi tương tác với flo sẽ bốc cháy ở nhiệt độ thường; than chì phản ứng với nó khi đun nóng mạnh và có thể hình thành than chì florua rắn hoặc perfluorocarbon dạng khí CF 4 và C 2 F 6. Flo phản ứng với silicon, phốt pho và asen trong điều kiện lạnh, tạo thành các florua tương ứng.
Flo kết hợp mạnh mẽ với hầu hết các kim loại; Các kim loại kiềm và kiềm thổ bốc cháy trong môi trường flo khi trời lạnh, Bi, Sn, Ti, Mo, W - với nhiệt độ tăng nhẹ. Hg, Pb, U, V phản ứng với flo ở nhiệt độ phòng, Pt - ở nhiệt độ nóng đỏ sẫm. Theo quy luật, khi kim loại tương tác với flo, các florua cao hơn được hình thành, ví dụ UF 6, MoF 6, HgF 2. Một số kim loại (Fe, Cu, Al, Ni, Mg, Zn) phản ứng với flo tạo thành màng bảo vệ florua, ngăn chặn phản ứng tiếp theo.
Khi flo phản ứng với oxit kim loại ở nhiệt độ lạnh, florua kim loại và oxy được hình thành; Cũng có thể tạo thành oxyflorua kim loại (ví dụ MoO2F2). Ví dụ, các oxit phi kim loại có thêm flo
SO 2 + F 2 = SO 2 F 2
hoặc oxy trong chúng được thay thế bằng flo, ví dụ
SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2.
Thủy tinh phản ứng rất chậm với flo; khi có nước phản ứng diễn ra nhanh chóng. Các oxit nitơ NO và NO 2 dễ dàng thêm flo để tạo thành nitrosyl florua FNO và nitrile florua FNO 2, tương ứng. Carbon monoxide thêm flo khi đun nóng để tạo thành carbonyl florua:
CO + F2 = COF2
Hydroxit kim loại phản ứng với flo để tạo thành florua kim loại và oxy, ví dụ:
2Ba(OH) 2 + 2F 2 = 2BaF 2 + 2H 2 O + O 2
Dung dịch nước NaOH và KOH phản ứng với flo ở O°C tạo thành OF2.
Các halogen kim loại hoặc phi kim loại phản ứng với flo khi lạnh và flo sẽ trộn lẫn tất cả các halogen.
Sunfua, nitrua và cacbua dễ bị flo hóa. Hyđrua kim loại tạo thành florua kim loại và HF với flo khi lạnh; amoniac (ở dạng hơi) - N 2 và HF. Fluorine thay thế hydro trong axit hoặc kim loại trong muối của chúng, ví dụ:
НNO 3 (hoặc NaNO 3) + F 2 → FNO 3 + HF (hoặc NaF)
trong những điều kiện khắc nghiệt hơn, flo thay thế oxy khỏi các hợp chất này, tạo thành sulfuryl florua.
Cacbonat của kim loại kiềm và kiềm thổ phản ứng với flo ở nhiệt độ thường; điều này tạo ra florua tương ứng, CO 2 và O 2 .
Flo phản ứng mạnh với các chất hữu cơ.
Ở giai đoạn đầu tiên của quá trình sản xuất flo, hydro florua HF được phân lập. Theo quy luật, việc điều chế hydro florua và axit hydrofluoric diễn ra cùng với quá trình xử lý fluorapatite thành phân lân. Khí hydro florua hình thành trong quá trình xử lý fluorapatite bằng axit sulfuric sau đó được thu thập, hóa lỏng và sử dụng để điện phân. Điện phân có thể được thực hiện dưới dạng hỗn hợp lỏng của HF và KF (quá trình được thực hiện ở nhiệt độ 15-20°C), cũng như nấu chảy KH 2 F 3 (ở nhiệt độ 70-120° C) hoặc KHF 2 nóng chảy (ở nhiệt độ 245-310°C). Trong phòng thí nghiệm, để điều chế một lượng nhỏ flo tự do, người ta có thể đun nóng MnF 4 để loại bỏ flo hoặc đun nóng hỗn hợp K 2 MnF 6 và SbF 5.
Fluorine được lưu trữ ở trạng thái khí (dưới áp suất) và ở dạng lỏng (khi được làm mát bằng nitơ lỏng) trong các thiết bị làm từ niken và hợp kim dựa trên nó, đồng, nhôm và hợp kim của nó, cũng như đồng thau bằng thép không gỉ.
Flo khí được sử dụng để fluor hóa UF 4 thành UF 6, dùng để tách đồng vị của urani, cũng như để sản xuất clo triflorua ClF 3 (chất florua), lưu huỳnh hexafluorua SF 6 (chất cách điện khí trong công nghiệp điện), florua kim loại (ví dụ, W và V). Flo lỏng là chất oxy hóa nhiên liệu tên lửa.
Nhiều hợp chất flo được sử dụng rộng rãi - hydro florua, nhôm florua, silicon florua, axit fluorosulfonic, làm dung môi, chất xúc tác và thuốc thử để sản xuất các hợp chất hữu cơ.
Fluorine được sử dụng trong sản xuất Teflon, các loại nhựa fluoroplastic khác, cao su flo, các chất và vật liệu hữu cơ chứa flo được sử dụng rộng rãi trong công nghệ, đặc biệt trong trường hợp cần có khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ cao, v.v.
Fluorine liên tục được đưa vào các mô động vật và thực vật; nguyên tố vi lượng. Ở dạng hợp chất vô cơ, nó được tìm thấy chủ yếu trong xương động vật và con người - 100-300 mg/kg; đặc biệt trong răng có rất nhiều florua. Xương của động vật biển giàu fluoride hơn so với xương của động vật trên cạn. Nó xâm nhập vào cơ thể động vật và con người chủ yếu bằng nước uống, hàm lượng flo tối ưu là 1-1,5 mg/l.
Khi thiếu fluoride, một người sẽ bị sâu răng. Vì vậy, hợp chất florua được thêm vào kem đánh răng và đôi khi được thêm vào nước uống. Tuy nhiên, lượng fluoride dư thừa trong nước cũng có hại cho sức khỏe. Nó dẫn đến nhiễm fluor - sự thay đổi cấu trúc của men răng và mô xương, biến dạng xương. Nồng độ ion florua cao rất nguy hiểm do chúng có khả năng ức chế một số phản ứng enzyme, cũng như liên kết các yếu tố quan trọng về mặt sinh học (P, Ca, Mg, v.v.), phá vỡ sự cân bằng của chúng trong cơ thể.
Các dẫn xuất hữu cơ của flo chỉ được tìm thấy ở một số thực vật. Những chất chính là dẫn xuất của axit fluoroacetic, gây độc cho cả thực vật và động vật khác. Vai trò sinh học chưa được hiểu rõ. Một mối liên hệ đã được thiết lập giữa quá trình chuyển hóa flo và sự hình thành mô xương và đặc biệt là răng. Sự cần thiết của flo đối với cây trồng chưa được chứng minh.
Có thể dành cho những người làm việc trong ngành hóa chất, tổng hợp các hợp chất chứa flo và sản xuất phân lân. Fluoride kích thích đường hô hấp và gây bỏng da. Trong ngộ độc cấp tính, xảy ra kích ứng màng nhầy của thanh quản và phế quản, mắt, chảy nước bọt và chảy máu cam; trong trường hợp nặng - phù phổi, tổn thương trung tâm, hệ thần kinh, v.v.; trong trường hợp mãn tính - viêm kết mạc, viêm phế quản, viêm phổi, xơ vữa động mạch, nhiễm fluor. Các tổn thương da như bệnh chàm là đặc trưng.
Sơ cứu: rửa mắt bằng nước, trị bỏng da - tưới bằng cồn 70%; trong trường hợp ngộ độc qua đường hô hấp - hít phải oxy.
Phòng ngừa: tuân thủ các quy định an toàn, mặc quần áo đặc biệt, khám sức khỏe định kỳ, bổ sung canxi và vitamin trong chế độ ăn uống.
Sự hủy diệt và cái chết. Đây là cách tên được dịch từ tiếng Hy Lạp florua. Cái tên gắn liền với lịch sử khám phá ra nó. Hàng chục nhà khoa học đã bị thương hoặc thiệt mạng khi cố gắng cô lập nguyên tố mà sự tồn tại của nó mà Scheele đã đề xuất lần đầu tiên. Ông thu được axit hydrofluoric, nhưng không thể chiết xuất được một chất mới từ nó - florua.
Tên gắn liền với khoáng chất - cơ sở của axit hydrofluoric và thành phần chính nguồn florua. Anh em nhà Knox ở Anh, Gay-Lussac và Tenard ở Pháp cũng cố gắng thu được nó bằng phương pháp điện phân. Họ đã chết trong quá trình thí nghiệm.
Davy, người phát hiện ra natri, kali và canxi, đã tiếp xúc với florua, bị nhiễm độc và bị tàn tật. Sau đó, cộng đồng khoa học đã đổi tên nguyên tố này. Nhưng nó có thực sự nguy hiểm ở bên ngoài phòng thí nghiệm hóa học không và tại sao lại cần thiết? Chúng tôi sẽ trả lời những câu hỏi này hơn nữa.
Hóa chất và tính chất vật lý florua
Flo chiếm vị trí thứ 9 trong Trong tự nhiên, một nguyên tố bao gồm một hạt nhân ổn định duy nhất. Đây là những gì các nguyên tử được gọi vòng đờiđủ để quan sát và nghiên cứu khoa học. Cân nặng nguyên tử flo– 18.998. Có 2 nguyên tử trong một phân tử.
Flo – nguyên tố có độ âm điện cao nhất. Hiện tượng này liên quan đến khả năng một nguyên tử kết nối với các nguyên tử khác và thu hút các electron về phía chính nó. Chỉ số Flo trên thang Pauling là 4. Điều này góp phần tạo nên danh tiếng cho nguyên tố thứ 9 là phi kim hoạt động mạnh nhất. Ở trạng thái bình thường, nó là chất khí màu vàng nhạt. Nó độc hại và có mùi hăng - một thứ gì đó nằm giữa mùi thơm của ozon và clo.
Flo là chất với điểm sôi của khí thấp bất thường - chỉ 188 độ C. Các halogen còn lại, tức là các phi kim điển hình thuộc nhóm thứ 7 của bảng tuần hoàn, sôi ở tốc độ cao. Điều này là do thực tế là chúng có cấp dưới d, chịu trách nhiệm tạo ra các liên kết một rưỡi. phân tử flo không có một.
Hoạt tính của flo được thể hiện ở số lượng và tính chất của các phản ứng có thể xảy ra với các nguyên tố khác. Kết nối với hầu hết chúng đều đi kèm với cháy nổ. Khi tiếp xúc với hydro, ngọn lửa được tạo ra ngay cả ở nhiệt độ thấp. Ngay cả nước cũng cháy trong môi trường có flo. Hơn nữa, trong buồng có khí màu vàng, nguyên tố trơ và có giá trị nhất sẽ bốc cháy.
Hợp chất flo không thể chỉ với neon, argon và helium. Cả 3 khí đều nhẹ và trơ. Không phải từ khí, không nhạy cảm với flo. Có một số nguyên tố chỉ có thể phản ứng được ở nhiệt độ cao. Vâng, cặp đôi cloroflorine chỉ tương tác ở 200-250 độ C.
Ứng dụng florua
Không có florua Lớp phủ Teflon là không cần thiết. Tên khoa học của chúng là tetrafluoroethylene. Các hợp chất thuộc nhóm hữu cơ và có đặc tính chống dính. Về bản chất, Teflon là một loại nhựa nhưng nặng bất thường. Mật độ của nước cao gấp 2 lần - đây là nguyên nhân dẫn đến trọng lượng dư thừa của lớp phủ và bát đĩa đi kèm với nó.
Trong ngành công nghiệp hạt nhân chất flo Nó có sự liên quan với quá trình tách các đồng vị uranium. Các nhà khoa học cho rằng nếu không có nguyên tố thứ 9 thì sẽ không có nhà máy điện hạt nhân. Không chỉ bất kỳ uranium nào cũng được dùng làm nhiên liệu cho chúng, mà chỉ một số đồng vị của nó, đặc biệt là 235. Các phương pháp tách được thiết kế cho chất khí và chất lỏng dễ bay hơi.
Tuy nhiên, uranium sôi ở nhiệt độ 3500 độ C. Hiện chưa rõ vật liệu nào làm cột và máy ly tâm có thể chịu được nhiệt độ như vậy. May mắn thay, có uranium hexafluoride dễ bay hơi, chỉ sôi ở 57 độ. Chính từ điều này mà phần kim loại được cô lập.
Quá trình oxy hóa flo, chính xác hơn, quá trình oxy hóa nhiên liệu tên lửa của nó là một yếu tố quan trọng của ngành hàng không. Nó không phải là nguyên tố khí hữu ích mà là chất lỏng. Ở trạng thái này, flo chuyển sang màu vàng sáng và hoạt động mạnh nhất.
Trong luyện kim, khí tiêu chuẩn được sử dụng. Công thức florua biến đổi. Nguyên tố này được bao gồm trong hợp chất cần thiết để sản xuất nhôm. Nó được sản xuất bằng cách điện phân. Đây là nơi hexafluoroaluminate có liên quan.
Kết nối có ích trong quang học magiê flo, tức là florua. Nó trong suốt trong phạm vi sóng ánh sáng từ tia cực tím chân không đến bức xạ hồng ngoại. Ở đây có mối liên hệ với thấu kính và lăng kính dành cho các dụng cụ quang học chuyên dụng.
Yếu tố thứ 9 cũng được các bác sĩ, đặc biệt là các nha sĩ chú ý. Họ tìm thấy 0,02% fluoride trong răng. Sau đó hóa ra là ở những vùng thiếu chất này thì tỷ lệ sâu răng cao hơn.
Chứa florua trong nước, từ đâu nó xâm nhập vào cơ thể. Ở những khu vực khan hiếm, họ bắt đầu thêm nguyên tố này vào nước một cách nhân tạo. Tình hình đã được cải thiện. Vì thế nó đã được tạo ra dán florua.
Fluoride trong nha khoa men răng có thể gây nhiễm fluor - làm sẫm màu, đốm các mô. Đây là hậu quả của sự dư thừa của nguyên tố này. Vì vậy, ở những vùng có thành phần nước bình thường nên chọn kem đánh răng không có fluoride. Cũng cần phải theo dõi hàm lượng của nó trong các sản phẩm thực phẩm. Thậm chí còn có sữa có fluoride. Hải sản không cần phong phú cũng đã chứa rất nhiều nguyên tố thứ 9 rồi.
Mì ống không có florua– một sự lựa chọn liên quan đến tình trạng của răng. Nhưng trong y học, yếu tố này không chỉ cần thiết trong lĩnh vực nha khoa. Các chế phẩm florua được kê toa cho các vấn đề về tuyến giáp, ví dụ như bệnh Graves. Trong cuộc chiến chống lại nó, vai trò chủ đạo thuộc về cặp đôi florua-iốt.
Thuốc có nguyên tố thứ 9 là cần thiết cho những người mắc bệnh tiểu đường mãn tính. Bệnh tăng nhãn áp và ung thư cũng nằm trong danh sách các bệnh được điều trị bằng florua. Làm sao ôxy chất này đôi khi cần thiết cho các bệnh về phế quản và chẩn đoán thấp khớp.
Chiết xuất flo
Flo được khai thác tất cả đều giống như cách đã giúp mở phần tử. Sau một loạt cái chết, một trong những nhà khoa học không chỉ sống sót mà còn giải phóng một lượng nhỏ khí màu vàng. Vòng nguyệt quế đã thuộc về Henri Moissan. Người Pháp đã được trao giải Nobel cho khám phá của mình. Nó được ban hành vào năm 1906.
Moissan đã sử dụng phương pháp điện phân. Để tránh bị nhiễm độc bởi khói, nhà hóa học đã thực hiện phản ứng trong máy điện khí bằng thép. Thiết bị này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Nó chứa vị chua kali florua.
Quá trình diễn ra ở nhiệt độ 100 độ C. Cực âm được làm bằng thép. Cực dương trong quá trình lắp đặt là carbon. Điều quan trọng là phải duy trì tính chặt chẽ của hệ thống, bởi vì hơi flođộc.
Phòng thí nghiệm mua phích cắm đặc biệt để đảm bảo độ kín. Thành phần của họ: canxi flo. Thiết lập phòng thí nghiệm- đây là hai chiếc bình đồng. Cái đầu tiên chứa đầy chất tan chảy, nhúng cái thứ hai vào đó. Tàu bên trong có một lỗ ở phía dưới. Một cực dương niken đi qua nó.
Cực âm được đặt trong bình thứ nhất. Ống kéo dài từ thiết bị. Hydro được giải phóng từ một, flo được giải phóng từ thứ hai. Để duy trì độ kín, chỉ nút chặn và canxi florua là không đủ. Bạn cũng cần bôi trơn. Vai trò của nó được thực hiện bởi glycerin hoặc oxit.
Phương pháp trong phòng thí nghiệm để thu được nguyên tố thứ 9 chỉ được sử dụng cho mục đích trình diễn giáo dục. Ứng dụng thực tế công nghệ không có. Tuy nhiên, sự tồn tại của nó chứng tỏ rằng có thể thực hiện được mà không cần điện phân. Tuy nhiên, điều này là không cần thiết.
Giá Flo
Không có chi phí cho fluoride như vậy. Giá đã được ấn định cho các sản phẩm có chứa nguyên tố thứ 9 trong bảng tuần hoàn. Ví dụ, kem đánh răng thường có giá từ 40 đến 350 rúp. Thuốc cũng rẻ và đắt. Tất cả phụ thuộc vào nhà sản xuất, tính sẵn có trên thị trường sản phẩm giống nhau các công ty khác.
Đối với giá floruađối với sức khỏe, nó rõ ràng có thể cao. Nguyên tố này độc hại. Xử lý nó đòi hỏi phải thận trọng. Fluoride có thể có lợi và thậm chí có thể chữa bệnh.
Nhưng để làm được điều này, bạn cần phải biết nhiều về chất này, dự đoán hành vi của nó và tất nhiên là tham khảo ý kiến của các chuyên gia. Flo đứng thứ 13 về mức độ phổ biến trên Trái đất. Bản thân con số này, được gọi là tá của quỷ, buộc bạn phải cẩn thận với nguyên tố này.
Flo là thành viên nhẹ nhất trong họ halogen, các nguyên tố thuộc nhóm 17 (VIIA) của bảng tuần hoàn. Nhóm này cũng bao gồm clo, brom, iốt và astatine.
một mô tả ngắn gọn về
9 electron của Flo tạo thành cấu hình 1s 2 2s 2 2p 5. Có 2 electron ở lớp vỏ bên trong đầy và 7 electron ở lớp vỏ ngoài, để lại 1 khoảng trống.
Cấu trúc của flo làm cho nó trở thành nguyên tố hóa học hoạt động mạnh nhất, phản ứng với hầu hết các chất. Tại nhiệt độ cao và áp suất, nó thậm chí còn phản ứng với các khí hiếm, mặc dù các nguyên tố nhóm 18 (VIIIA), còn được gọi là khí hiếm, thường không phản ứng với các chất khác.
Flo được phát hiện vào năm 1886 bởi nhà hóa học người Pháp Henri Moissan (1852-1907). Ông thu khí này bằng cách cho dòng điện chạy qua hydro florua (H 2 F 2).
Người tiêu dùng biết rõ nhất về flo là gì từ hai hợp chất của nó. Khí diatomic được sử dụng để sản xuất florua, hợp chất đã được sử dụng từ những năm 1950. có trong kem đánh răng. Chúng có hiệu quả trong việc ngăn ngừa sâu răng, đó là lý do tại sao chúng thậm chí còn được thêm vào nguồn cung cấp nước của thành phố.
Một nhóm hợp chất flo khác là chlorofluorocarbons (CFC). Chúng đã cực kỳ phổ biến như chất đẩy khí dung trong nhiều năm. Tuy nhiên, CFC ở tầng trên của khí quyển phản ứng với ozone (O3). Tầng ozone lọc bức xạ cực tím có hại từ mặt trời, là bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn phổ tím và do đó năng lượng cao hơn ánh sáng khả kiến. Vì vậy, việc sản xuất CFC hiện nay bị cấm.
Lịch sử khám phá
Hóa học luôn là một môn khoa học nguy hiểm. Và hóa học thời kỳ đầu là một nghề nghiệp chết người. Các nhà khoa học đang nghiên cứu những chất mà họ biết rất ít. Việc phát hiện ra các hợp chất và nguyên tố mới thường gây ra những hậu quả bi thảm.
Fluorine là một chất cực kỳ nguy hiểm. Cố gắng cô lập nguyên tố này, các nhà hóa học bị bỏng nặng và thậm chí tử vong. Khí florua làm tổn thương các mô mềm của đường hô hấp.
Vào đầu những năm 1500, nhà khoa học người Đức George Agricola (1494-1555) đã mô tả fluorit mà ông gọi là “fluorite”. Từ này xuất phát từ động từ tiếng Latin fluere (“dòng chảy”). Agricola lập luận rằng fluorit được thêm vào quặng kim loại nóng chảy làm cho chúng trở nên lỏng hơn, khiến chúng dễ gia công hơn. Nhà khoa học người Đức không hề biết rằng khoáng chất này có chứa flo ở dạng canxi florua (CaF 2).
Fluorite đã trở thành chủ đề nghiên cứu chuyên sâu. Năm 1670, thợ thổi thủy tinh người Đức Heinrich Schwanhard đã phát hiện ra rằng hỗn hợp fluorit và axit tạo thành một chất có thể dùng để khắc thủy tinh, tức là. phản ứng hóa học sự hình thành của một bề mặt mờ. Quá trình này được sử dụng để tạo ra các mẫu trên kính và cũng để tạo ra các dụng cụ đo lường khoa học chính xác.
Năm 1771, nhà hóa học người Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele (1742-86) đã phát hiện ra một chất mới để khắc. Ông mô tả chi tiết các tính chất của axit hydrofluoric (HF). Công trình của Scheele đã góp phần nghiên cứu chuyên sâu về hợp chất này.
Các nhà hóa học đang tìm cách phân hủy axit flohydric thành các thành phần của nó. Họ cho rằng sắp được khám phá ra một nguyên tố mà họ chưa từng thấy trước đây. Tuy nhiên, họ không biết fluoride là gì và nó nguy hiểm như thế nào. Nhiều nhà nghiên cứu axit hydrofluoric đã bị vô hiệu hóa do hít phải khí HF. Một trong số họ, nhà hóa học người Bỉ Paulin Louyet (1818-1850), chết vì tiếp xúc với chất này.
Cuối cùng, vào năm 1888, vấn đề đã được giải quyết. Nhà hóa học người Pháp Henri Moissan đã điều chế dung dịch axit flohydric (HF) trong kali florua (KHF 2). Sau đó, ông làm lạnh nó xuống -23°C và cho một dòng điện chạy qua nó. Khí xuất hiện ở một đầu của thiết bị. Nguyên tố hóa học mới được đặt tên là flo, bắt nguồn từ tên Latin của fluorit. Từ “flo” được André Ampère đặt ra vào năm 1810. Nó có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là “sự hủy diệt”.
Tính chất vật lý
Flo là chất khí màu vàng nhạt có mật độ 1,695 g/l. Điều này làm cho nó đặc hơn không khí khoảng 1,3 lần. Flo chuyển sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ -188,13 °C và chuyển sang trạng thái rắn ở -219,61 °C. Chất này có mùi đặc trưng mạnh, tương tự như mùi clo và ozone, có thể nhận thấy ngay cả với số lượng rất nhỏ - lên tới 20 phần tỷ. Đặc tính này rất hữu ích cho những người làm việc với flo - khí có thể được phát hiện và tránh được tác hại khi nó xâm nhập vào phòng.
Tính chất hóa học
Năng lượng liên kết của F 2 thấp hơn nhiều so với Cl 2 hoặc Br 2 và giống hệt với hydro peroxide. Độ âm điện cao gây ra sự phân ly, độ phản ứng cao và liên kết hóa học mạnh mẽ của flo với các nguyên tử khác. Nó dễ dàng kết hợp với bất kỳ nguyên tố nào khác ngoại trừ helium, neon và argon. Flo phản ứng với hầu hết các hợp chất, thường rất tích cực. Ví dụ, khi trộn với nước sẽ xảy ra vụ nổ. Vì những lý do này, phòng thí nghiệm phải được chăm sóc đặc biệt.
Ở trong tự nhiên
Nguyên tố flo không được tìm thấy ở trạng thái tự do. Các khoáng chất florua phổ biến nhất là fluorit, fluorapatite và cryolit. Apatit là một khoáng chất phức tạp chứa chủ yếu canxi, phốt pho và oxy, thường kết hợp với flo. Cryolite còn được gọi là thạch cao Greenland vì đảo Greenland là nguồn thương mại duy nhất của khoáng sản này. Nó chủ yếu bao gồm natri nhôm florua Na 3 ALF 6.
Các nhà sản xuất nguyên liệu thô để sản xuất flo chính trên thế giới là Trung Quốc, Mexico, Mông Cổ và Nam Phi. Hoa Kỳ từng khai thác một lượng nhỏ fluorit, nhưng mỏ cuối cùng đóng cửa vào năm 1995 và nước này bắt đầu nhập khẩu quặng florua.
Fluorine được tìm thấy rất nhiều trong lớp vỏ trái đất. Thị phần của nó ước tính khoảng 0,06%. Điều này khiến nó trở thành nguyên tố phổ biến thứ 13 trong lớp vỏ Trái đất, gần giống như mangan hoặc bari.
Fluor-19 là gì?
Một nguyên tố hóa học chỉ có một đồng vị xuất hiện tự nhiên, 19 F. Đồng vị là một dạng khác của một nguyên tố có số khối khác nhau, tương ứng với số lượng proton và neutron trong hạt nhân nguyên tử. Số lượng proton xác định một nguyên tố, nhưng số lượng neutron của nó có thể khác nhau. Hơn nữa, mỗi biến thể đại diện cho một đồng vị. Fluorine-19 có tỷ lệ hồi chuyển cao và độ nhạy đặc biệt với từ trường. Bởi vì nó là đồng vị ổn định duy nhất nên nó được sử dụng trong chụp ảnh cộng hưởng từ.
Có 17 đồng vị phóng xạ đã biết của flo. Trong số này, ổn định nhất là 18 F. Hạt nhân của nó phân hạch với chu kỳ bán rã 109,77 phút. 18 F đôi khi được sử dụng cho nghiên cứu y học. Khi vào cơ thể, fluoride di chuyển chủ yếu đến xương. Sự hiện diện của nó có thể được phát hiện bởi bức xạ nó phát ra. Hình ảnh bức xạ cho phép bạn xác định tình trạng của mô xương. Fluoride-18 đôi khi được sử dụng theo cách tương tự để nghiên cứu chức năng não.
Thu thập, xác định, sử dụng
Sản xuất công nghiệp flo dựa trên phương pháp Moissan. Điện một điện áp 8-12 V được truyền qua hỗn hợp HF và KF để tạo thành H 2 và F 2.
Việc xác định flo trong dung dịch được thực hiện bằng phép đo điện thế, tức là đo điện thế. Màng điện cực được làm bằng LaF 3 đơn tinh thể pha tạp kim loại quý Diflorua.
Ở trạng thái nguyên tố, flo được sử dụng tương đối ít. Anh ấy quá năng động cho việc đó. Được sử dụng trong nhiên liệu tên lửa, cung cấp quá trình đốt cháy tương tự như oxy. Nhu cầu nhiều nhất khi bị ràng buộc. Fluoride là hợp chất của flo với kim loại. Ví dụ như natri florua (NaF), canxi (CaF 2) và thiếc (SnF 2).
Bảo vệ răng
Fluoride có trong kem đánh răng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng một lượng nhỏ fluoride có thể giúp giảm tỷ lệ sâu răng. Chúng được lắng đọng khi vật liệu răng mới được hình thành, làm cho răng chắc khỏe và có khả năng chống sâu răng.
Ở một số thành phố, fluoride được thêm vào nguồn nước. Bằng cách này, chính quyền hy vọng sẽ cải thiện sức khỏe răng miệng của người dân thành phố. Người được hưởng lợi lớn nhất là những người trẻ tuổi còn răng đang phát triển. Quá trình thêm florua vào nguồn nước được gọi là florua hóa. Quá nhiều fluoride trong nước khiến răng bị sậm màu và bị ố vàng vĩnh viễn.
Lợi hay hại?
Một số lo lắng về tác động lâu dài của florua đối với sức khỏe cộng đồng trong nguồn cung cấp nước công cộng. Họ chỉ ra rằng florua là một chất độc chết người và các hợp chất của nó cũng có thể gây độc. Đúng là F 2 rất nguy hiểm nhưng tính chất của các hợp chất này khác với các nguyên tố tạo nên chúng. Vì vậy sự lo lắng là không có cơ sở.
Mùi đặc trưng, nồng nặc của flo cho phép phát hiện rò rỉ và tránh tiếp xúc.
Fluoride nói chung chỉ nguy hiểm khi dùng liều lượng lớn. Nồng độ của chúng trong nước thường rất thấp, chỉ vài phần triệu. Hầu hết các chuyên gia nha khoa và sức khỏe đều tin rằng fluoride như vậy có lợi và không gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
Teflon
Chơi khám phá ngẫu nhiên vai trò lớn trong nghiên cứu khoa học. Một ví dụ về một vụ tai nạn thành công và mang lại nhiều lợi nhuận là vật liệu Teflon, một loại nhựa do Công ty Hóa chất DuPont sản xuất. Nó đã trở thành một sản phẩm thương mại quan trọng vì hầu như không có gì dính vào nó. Ngày nay, mọi người đều có chảo rán có bề mặt bên trong được phủ bằng vật liệu này vì thức ăn không bị cháy trong khi nấu. Ngoài ra, chảo Teflon không cần dầu thực vật hoặc động vật.
Teflon được phát hiện tình cờ vào năm 1938 bởi nhà hóa học DuPont Roy Plunkett (1911-1994), người đang phát triển chlorofluorocarbons (CFC). Ông muốn biết điều gì sẽ xảy ra nếu trộn tetrafluoroethylene (TFE) C 2 F 4 với axit perchloric. Để tiến hành thí nghiệm, ông đã bố trí thiết bị sao cho khí TFE phải chảy vào bình chứa HCl. Nhưng khi mở van ra thì không có chuyện gì xảy ra. Plunkett lẽ ra đã có thể ném chiếc bình đi, nhưng anh ta đã không làm vậy. Thay vào đó, nhà hóa học cắt nó ra và phát hiện ra rằng TFE đã trùng hợp thành một khối duy nhất, nghĩa là hàng nghìn phân tử TFE riêng lẻ đã kết hợp thành một phân tử gọi là polytetrafluoroethylene (PTFE).
Plunkett đã loại bỏ loại bột màu trắng thu được và gửi nó cho các nhà khoa học của DuPont đang phát triển sợi nhân tạo. Họ đã nghiên cứu vật liệu mới và phát hiện ra đặc tính chống dính của nó. Chẳng bao lâu sau, một số ứng dụng cho vật liệu mới bắt đầu được phát triển.
DuPont đã đăng ký nhãn hiệu Teflon vào năm 1945 và phát hành sản phẩm đầu tiên một năm sau đó. Kể từ đó, lớp phủ chống dính đã trở nên phổ biến trên các dụng cụ nấu ăn, và Teflon đã xuất hiện trong bình xịt nướng bánh và như chất chống vết bẩn cho vải và hàng dệt.
Clorofluorocarbons
Nguyên tố flo cũng được sử dụng để sản xuất freon. Clorofluorocarbons được phát hiện vào cuối những năm 1920 bởi kỹ sư hóa học người Mỹ Thomas Midgley Jr. (1889-1944). Các hợp chất này có một số tính chất thú vị. Chúng rất ổn định và không bị hỏng khi sử dụng trong công nghiệp. Freon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều hòa không khí và tủ lạnh, làm chất tẩy rửa, trong bình xịt và trong các polyme chuyên dụng. Sản lượng CFC tăng từ 1 nghìn tấn năm 1935 lên hơn 300 nghìn tấn năm 1965 và 700 nghìn tấn năm 1985.
Tuy nhiên, đến giữa những năm 1980. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất này làm hỏng tầng ozone, nằm cách bề mặt Trái đất từ 20 đến 50 km và rất quan trọng đối với sự sống trên hành tinh của chúng ta vì nó bảo vệ nó khỏi bức xạ cực tím có hại từ mặt trời. Điều này dẫn đến việc ngừng sản xuất và sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới. Các vật liệu mới, thân thiện với trái đất đã xuất hiện thay thế CFC.
Bảo vệ mọi sinh vật
CFC từng là hóa chất công nghiệp phổ biến vì chúng khó phân hủy. Từ lâu, những chất này đã được sử dụng trong máy điều hòa không khí và tủ lạnh như một tác nhân truyền nhiệt ra không gian bên ngoài. Nhưng các nhà khoa học nhận ra rằng CFC gây ra mối đe dọa cho tầng ozone vì chúng bị phá vỡ. Sao có thể như thế được? Luôn có khả năng rò rỉ chất làm lạnh từ máy điều hòa không khí và tủ lạnh. CFC là chất khí hoặc chất lỏng dễ bay hơi và bay vào khí quyển. Cuối cùng họ đạt đến tầng ozone.
Ở độ cao này, dưới tác dụng của áp lực mạnh bức xạ năng lượng mặt trời CFC bị phá hủy. Một phân tử ổn định trên trái đất ở độ cao sẽ mất đi chất lượng này. Khi nó bị phá hủy, một nguyên tử clo được giải phóng, nguyên tử này có thể phản ứng với O 3. Ozone lọc bức xạ có hại từ mặt trời, gây cháy nắng nghiêm trọng và ung thư da. Oxy không có khả năng này. Càng có nhiều CFC trong khí quyển thì càng có nhiều nguyên tử clo. Càng nhiều nguyên tử clo thì càng ít phân tử ozon và càng có nhiều bức xạ cực tím tới bề mặt Trái đất, ảnh hưởng đến Ảnh hưởng tiêu cực về sức khỏe con người.
Vào giữa những năm 1980, có bằng chứng cho thấy CFC đang làm hỏng tầng ozone. Đây là điều đã thuyết phục các chính trị gia cấm tiếp tục sản xuất và sử dụng chlorofluorocarbons.
Tác động đến sức khỏe con người
Fluorine là một nguyên tố hóa học có thể rất nguy hiểm. Nếu hít phải với số lượng nhỏ sẽ gây kích ứng nghiêm trọng cho hệ hô hấp (mũi, họng và phổi). Với số lượng lớn nó có thể gây tử vong. Liều fluoride cao nhất cho phép là 1 phần triệu phần không khí trong 8 giờ.
