Реферат: Фтор

ФТОР

ФТОР

(лат. Fluorum), F - химический элементVIIгруппы периодической системы Менделеева, относится к галогенам, атомный номер9, атомная масса18,998403; при нормальных условиях (0 °С;0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2)- газ бледно-желтого цвета с резким запахом.

Природный фторсостоит из одного стабильного изотопа19F.Искусственно получены пять радиоактивных изотопов:16F с периодом полураспада Т1/2

< 1сек, 17F(Т1/2= 70 сек), 18F (Т1/2= 111 мин), 20F (Т1/2= 11,4 сек), 21F(Т1/2= 5 сек).

Историческаясправка.

Первое соединение фтора — флюорит(плавиковый шпат)

CaF2 — описано в конце15 века под названием «флюор» (от латинского fluo - теку, посвойству СаF2 делать жидкотекучими вязкие шлакиметаллургических производств). В1771 К.Шееле получил плавиковую кислоту. Свободный фторвыделил А. Муассан в1886 электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторидакалия KHF2.

Химия фтора начала развиваться с 1930-х годов, особенно быстро- в годы 2-й мировой войны1939-45 и после нее в связи с потребностямиатомной промышленности и ракетной техники. Название«фтор» (от греческого

phthoros - разрушение, гибель), предложенное А. Ампером в1810, употребляется только в русском языке; во многих странах принятоназвание«флюор».

Распространениев природе.

Среднее содержание фтора в земной коре 6,25*10-2%по массе; в кислых изверженных породах (гранитах)оно составляет8*10-2%,в основных- 3,7*10-2%, вультраосновных — 10-2%.Фтор присутствует в вулканических газах и термальныхводах. Важнейшие соединения фтора — флюорит, криолити топаз. Всего известно86 фторсодержащих минералов. Соединения фтора находятсятакже в апатитах, фосфоритах и других. Фтор — важный биогенный элемент. Вистории Земли источником поступления фтора в биосферу были продукты извержениявулканов (газы и др.).

Физическиеи химические свойства.

Газообразный ФТОР имеет плотность1,693 г/л (0

°С и0,1 Мн/м2, или1кгс/см2), жидкий — 1,5127 г/см3(при температуре кипения); tпл -219,61°С; tкип-188,13 °С. Молекулафтора состоит из двух атомов (F2); при 1000 °С 50% молекул диссоциирует, энергия диссоциации около155±4кдж/моль (37±1 ккал/моль). Фтор плохорастворим в жидком фтористом водороде; растворимость2,5*10-3 г в100 г НF при -70 °С и0,4*10-3 г при-20 °С; в жидком виде неограниченно растворимв жидком кислороде и озоне. Конфигурация внешних электронов атома фтора 2s22р5. В соединениях проявляет степень окисления -1. Ковалентный радиус атома 0,72А, ионныйрадиус 1,33А. Сродство к электрону 3,62эв, энергия ионизации (F® F+) 17,418 эв. Высокими значениями сродства к электрону иэнергии ионизации объясняется сильная электроотрицательность атома фтора,наибольшая среди всех других элементов. Высокая реакционная способность фтораобусловливает экзотермичность фторирования, которая, в свою очередь,определяется аномально малой величиной энергии диссоциации молекулы фтора ибольшими величинами энергии связей атома фтора с другими атомами. Прямоефторирование имеет цепной механизм и легко может перейти в горение и взрыв.Фтор реагирует се всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. С кислородомвзаимодействует в тлеющем разряде, образуя при низких температурах фторидыкислорода О2Р3, О3F2 и др. Реакциифтора с другими галогенами экзотермичны, в результате образуются межгалогенныесоединения. Хлор взаимодействует с фтором при нагревании до200-250 °С, давая монофтористый хлор СlF и трехфтористый хлорСlF3. Известен также СlF3, получаемый фторированием СlF3 при высокой температуреи давлении25 Мн/м2 (250 кгс/см2). Броми иод воспламеняются в атмосфере фтора при обычной темпере,при этом могут быть получены BrF3, BrF5, IF5, IF7. Фтор непосредственно реалирует с криптоном, ксенономи радоном, образуя соответствующие фториды (например, ХeF4, ХеF6, КrF2). Известны также оксифторид и ксенона.

Взаимодействиефтора с серой сопровождается выделением тепла и приводит к образованиюмногочисленных фторидов серы Селен и теллур образуют высшие фториды SеF6и ТеF6. Фторс водородом реагируютс воспламенением; приэтом образуется фтористый водород. Фтор с азотом реагирует лишь в электрическом разряде. Древесный уголь привзаимодействии с фтором воспламеняется при обычнойтемпературе; графит реагирует с ним при сильномнагревании, при этом возможно образование твердогофтористого графита или газообразных перфторуглеродовCF4 и C2F6. С бромом, кремнием, фосфором, мышьяком фтор взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды.

Фтор энергичносоединяется с большинством металлов; щелочные и щелочно-земельныеметаллы воспламеняются в атмосфере фтора на холоду,

Bi, Sn, Ti, Мо, W - при незначительном нагревании. Hg, Pb, U, V реагируют с фтором при комнатнойтемпературе, Pt -при температуре тёмно-красного каления. При взаимодействии металлов с фтором образуются,как правило, высшие фториды, например UF6, MoF6,HgF2.Некоторые металлы (Fe,Сu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с фтором с образованием защитной плёнки фторидов,препятствующей дальнейшей реакции.

При взаимодействии фтора с окисламиметаллов на холоду образуются фториды металлов и кислород; возможно такжеобразование оксифторидов металлов (например,

MoO2F2). Окислы неметаллов либо присоединяютфтор, например SO2 + F2 = SO2F2, либо кислород в них замещается нафтор, например SiO2+ 2F2= SiF4 + О2. Стекло очень медленно реагирует сфтором; в присутствии воды реакция идёт быстро.Вода взаимодействует с фтором: 2Н2О+ 2F2 = 4HF + О2; при этом образуется также OF2 и перекись водорода Н2О2.Окислы азота NO иNО2 легко присоединяют фтор с образованием соответственно фтористогонит-розила FNOи фтористого нитрила FNО2. Окись углерода присоединяет фтор при нагревании собразованием фтористого карбонила: СО+ F2 = COF2.

Гидроокиси металлов реагируют с фтором,образуя фторид металла и кислород, например 2Ва(ОН)2+

2F2 = 2ВаF2+ 2Н2О + О2. Водныерастворы NaOHи КОН реагируют с фтором при О °С с образованием OF2.

Галогениды металлов или неметалловвзаимодействуют с фтором на холоду, причем фтор замешает все галогены.

Легко фторируются сульфиды, нитриды икарбиды. Гидриды металлов образуют с фтором на холоду фторид металла и

HF; аммиак (в парах)- N2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах илиметаллы в их солях, например НNО3 (или NaNO3) + F2 ® FNO3 + HF (или NaF); в более жестких условиях фторвытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид. Карбонаты щелочныхи щелочноземельных металлов реагируют с фтором при обычной температуре; приэтом получаются соответствующий фторид, СО2иО2.

Фтор энергично реагирует сорганическими веществами.

Получение.

Источником для производства фтораслужит фтористый водород, получающийся в основном либо при действии сернойкислотыH2SO4 нафлюорит

CaF2, либо при переработке апатитов ифосфоритов. Производство фтора осуществляется электролизом расплава кислогофторида калия, которыйобразуется при насыщении расплава KF*HF фтористым водородом до содержания40-41% HF. Материалом для электролизера обычнослужит сталь; электроды — угольный анод и стальной катод. Электролиз ведетсяпри95-100 °С и напряжении9-11 в; выход фтора по току достигает90-95%. Получающийся фтор содержит до5% HF, который удаляется вымораживанием с последующим поглощением фторидом натрия.Фтор хранят в газообразном состоянии (поддавлением) и в жидком виде (при охлаждении жидким азотом) в аппаратах изникеля и сплавов на его основе, из меди, алюминия иего сплавов, латуни нержавеющей стали.

Применение.

Газообразный фтор служит дляфторирования UF4 в UF6, применяемого для изотоповразделения урана, а также для получения трех-фтористого хлора СlF3(фторирующий агент), шестифтористой серы SF6 (газообразный изоляторв электротехнической промышленности), фторидов металлов (например, W иV). Жидкий фтор — окислитель ракетных топлив.

Широкое применение получили многочисленныесоединения фтора — фтористый водород, алюминия фторис), кремне-фториды,фторсульфоновая кислота (растворитель, катализатор, реагент для полученияорганических соединений, содержащих группу — SO2F),ВF3 (катализатор), фторорганические соединения и др.

Техникабезопасности.

Фтор токсичен, предельно допустимаяконцентрация его в воздухе примерно2*10-4мг/л, а предельно допустимая концентрация при экспозиции не более1 ч составляет 1,5*10-3мг/л.

Фторв организме.

Фтор постоянно входит в составживотных и растительных тканей; микроэлементов. В виде неорганическихсоединений содержится главным образом в костях животных и человека — 100-300 мг/кг; особенно много фтора в зубах.Кости морских животных богаче фтором по сравнению с костями наземных. Поступаетв организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальноесодержание фтора в которой1-1,5 мг/л.При недостатке фтора у человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении- флюороз. Высокие концентрации ионов фтораопасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, атакже к связыванию важных в биологическом отношении элементов (Р, Са, Мg идр.), нарушающему их баланс в организме. Органические производные фтораобнаружены только в некоторых растениях (например, в южноафриканском Dichapetalum cymosum). Основные из них — производныефторуксусной кислоты, токсичные как для других растений, так и для животных.Биологическая роль изучена недостаточно. Установлена связь обмена фтора собразованием костной ткани скелета и особенно зубов. Необходимость фтора длярастений не доказана.

Отравления

фтором возможны у работающих вхимической промышленности, при синтезе фторосодержащих соединений ипроизводстве фосфорных удобрений. Фтор раздражает дыхательные пути, вызываетожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочекгортани и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения; в тяжелых случаях — отек легких, поражение центр, нервнойсистемы и др.; при хроническом- конъюнктивит,бронхит, пневмония, пневмо-склероз, флюороз. Характерно поражение кожи типаэкземы. Первая помощь: промывание глаз водой, при ожогах кожи- орошение 70%-ным спиртом; при ингаляционномотравлении- вдыхание кислорода.Профилактика: соблюдение правил техники безопасности, ношение специальнойодежды, регулярные медицинские осмотры, включение в пищевой рацион кальция,витаминов.

Препараты, содержащие фтор, применяют вмедицинской практике в качестве противоопухолевых (5-фторурацил, фторафур,фтор-бензотэф), нейролептических (трифлу-перидол, или триседил, фторфеназин,трифтазин и др.), антидепрессивных (фторацизин), наркотическиз (фторотан) идругих средств.

еще рефераты

Еще работы по химии