Фтор

Общие сведения и методы получения

Фтор ( F ) — газ бледно-желтого цвета, относится к галогенам.

Название «фтор» (по-гречески — разрушительный) предложил Ампер, оно употребляется в настоящее время только в русской терминологии.

Впервые в 1886 г. фтор выделил французский химик Муассан элек­тролизом жидкого безводного фтороводорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF ₂ .

Промышленное производство фтора началось с 30-х гг.

Относится к числу наиболее распространенных в природе элементов. Среднее содержание его в земной коре составляет 6,25-10~² %, в кис­лых изверженных породах (гранитах)—8,0*10^-2 %, в основных — 3,7-10~²%, в ультраосновных—1,0• 10^-2% (по массе). Фтор содержит­ся в вулканических газах, в термальных водах, в растительных и жи­вотных организмах, но главным образом входит в состав минералов.

Всего известно 86 фторсодержащнх минералов, важнейшими из ко­торых являются: CaF ₂ — плавиковый шпат (флюорит), содержащий 48,7% F ; Na ₃ AlF ₃ — криолит, содержащий 54,3% F ; Ca ₅ F ( P 0₄)₃ — фторапатит, содержащий 3,3 % F .

Главное промышленное значение имеет плавиковый шпат CaF ₂ , крупные месторождения которого находятся в СССР, США, Мексике, КНР, Италии, ФРГ, ГДР, Испании, Франции, Англии.

Перспективным источником получения фтора для производства ми­неральных удобрений являются фосфаты.

Современный промышленный метод получения фтора — метод Муас-сана. Сырьем является плавиковый шпат CaF ₂ , из которого действием серной кислоты при 130 °С получают фтороводород HF . Готовят элек­тролит: в расплав из бифторида калия KHF ₂ вводят фтороводород до содержания 40—41 % HF . Расплав (температура плавления 70 °С) под­вергают электролизу по режиму: температура 95—100 °С, напряжение иа электродах 9—11 В, выход по току 90—95 %. Фтор хранят как в газообразном состоянии под давлением, так и в жидком состоя ши при охлаждении жидким азотом.

Токсичен, предельно допустимая концентрация в воздухе примерно 2*10^-4 мг/л. Воздействует на дыхательные пути, сердце, глао, цен­тральную нервную систему, при попадании на кожу вызывает трудно заживающие ожоги. Первая помощь при отравлении фтором заключа­ется в кислородном дыхании; при поражении кожи — обильные промы­вания водой, затем спиртом и употребление пасты из Mg(OH)₂.

Небольшие загрязнения аппаратуры (окалина, следы масла, влаги), предназначенной для работы со фтором, могут привести к воспламене­нию, следствием которого может быть горение материала во фторе. По­этому все оборудование должно быть тщательно очищено и обработа­но газообразным фтором для образования на поверхности защитной

пленки фторида металла. Фторирование элементарным фтором следует проводить за защитными щитками, так как возможен взрыв.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 9, атомная масса 18,9984 а. е.м., атомный объем 14,61 • 10~⁶ м³/моль, атомный радиус (ковалент-ный) 0,071 нм, нонный радиус F ^-1 0,133 им, F +⁷ 0,009 нм, строение внешней электронной оболочки 2 s ² 2 p ⁵ . Значение первых потенциалов ионизации / (эВ): 17,418; 34,98; 62,65; электроотрицательность 3,0; сродство к электрону 3,58 эВ.

Химические свойства

 Имеет высокую химическую активность, наиболее активен из всех неметаллов, обладает очень высокой реакционной способностью, в соединениях проявляет степень окисления— 1.

При низких температурах в электрическом разряде образуются фто­риды кислорода 0₃ F ₄ , 0₃ F ₂ , 0₂ F ₂ .

При взаимодействии фтора с разбавленным раствором NaOH образу, ется OF ₂ — сильный фторирующий агент и окислитель.

Реакция с азотом протекает в электрическом разряде с образованием бесцветного газа грехфтористого азота NF ₃ , который плавитси при —208,5 °С, кипит при —129 °С. При действии фтора на HN ₃ в среде азо­та образуется желто-зеленый газ FN ₃ с температурой плавления —154 °С и температурой кипения —192 "С.

С водородом взаимодействует с воспламенением (при комнатной температуре со взрывом), образуя газ с резким запахом, хорошо рас­творимый в воде,— фтороводород HF .

С серой взаимодействует на холоду с выделением тепла, образуя га­зообразные соединения S₂F₂, SF₂, SF₄ и SFa и жидкость S₂Fi₀.

С древесным углем взаимодействует при комнатной температуре с воспламенением, с графитом — при нагревании, образуя газы CF4, C₂F_e и др., а также твердые соединения (CF)„, C₄F₆ С алмазом фтор непо­средственно не реагирует.

Реакции с галогенами экзотермичны. При 200—250 °С хлор образует моиофтористый хлор C1F и трехфтористый хлор C1F₃; при высокой тем­пературе и давлении образуется пентафторнстый хлор CIF5, Бром и иод воспламеняются в атмосфере фтора при обычной температуре, образуя фториды галогенов BrF, BrF₃, BrFs, IF5, IF7.

Получены фториды инертных газов, ксенона — XeF₂, XeF₄₎ XeF₆, крип, тона — KrF₂, KrF₄ и фторид радона, состав которого не установлен. Фториды ксенона — бесцветные кристаллы, термодинамически устойчи­вые окислители.

Фтор энергично соединяется с большинством металлов, образуя фто­риды. При взаимодействии со фтором щелочные и щелочноземельные ме­таллы воспламеняются на холоду, Sn,Ti, Bi, Мо, W — при незначитель­ном нагревании, Hg, Pb, U, V — при комнатной температуре, Pt — при температуре красного каления, Fe, Си, Al, N1, Zn — на холоду со фтором не взаимодействуют, так как на их поверхности образуется защитный слой фторида.

При взаимодействии фтора на холоду с основными оксидами образу­ются, как правило, фториды и кислород. Кислотные оксиды либо присо­единяют фтор, либо замещают кислород на фтор.

При нагревании оксид углерода (II) СО присоединяет фтор, оксиды азота N0 и N0₂ присоединяют фтор при комнатной температуре. Стек­ло реагирует со фтором очень медленно, в присутствии воды быстро.

Вода взаимодействует со фтором по реакции 2H₂0-f-2F₂=4HF+02.

Гидроксиды металлов реагируют с образованием фторида металла и кислорода. Водные растворы щелочей NaOH и КОН реагируют приСС с образованием OF₂

При взаимодействии с кислотами фтор замещает водород, в солях металлов— металлы, в более жестких условиях фтор вытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид.

Фтор энергично реагирует с органическими соединениями, вступая в реакции присоединения и замещения, образуя фторорганические соеди­нения

Электрохимический эквивалент фтора составляет 0,19689 мг/Кл. Области применения

Газообразный фтор впервые был использован для получения UFe, с по­мощью которого удалось разделить изотопы урана.

Элементарный фгор применяют в жидком виде как окислитель жид­ких ракетных топлив. Его используют для получения: C 1 F ₃ — окислите­ля жидких ракетных топлив; SF ₆ — диэлектрика; фторидов металлов Со, Ag , Мп, Sb — фторирующих реагентов.

Фтористый водород широко используют для получения синтетическо­го криолита (сырье для получения А1), в производстве урана, для син­теза фторуглеродов, в качестве катализатора синтеза бензина и при про­изводстве синтетических горючих веществ, для травления стекла.

Фториды азота применяют в производстве тетрафторгидразина для сварки металлов, как окислители жидких ракетных топлив. Фториды кислорода — как сильный фторирующий и окисляющий агент.

Фтористоводородную (плавиковую) кислоту применяют как раство­ритель, для травления стекла, а также реагент для получения фторидов.

Фторкаучуки используют для изготовления емкостей для хранения горючего, уплотнителей, колец, диафрагм, клапанов и других изделий, работающих в контакте с маслами, окислителями и другими агрессивны­ми средами при 200 °С и выше.

Фторпласты применяют в электро- и радиотехнике, авиации и ракет­ной технике, машиностроении, химической и атомной промышленности, в криогенной технике, в пищевой промышленности и медицине.

Интересными по свойствам оказались смешанные фторхлорпроизвод-ные метана и этана.

Большая теплота испарения наряду с отсутствием токсичности позво­лили использовать эти соединения «фреоны» в качестве хладагентов хо­лодильных машин. Препараты, содержащие фтор, применяют в медицинс­кой практике в качестве противоопухолевых, антидепрессивных, наркоти­ческих и других средств.