Fluoro element químic: propietats de valència característics

Fluor (F) - el més reactiu element químic i grup halogen més fàcil 17 (VIIa) de la taula periòdica. Aquesta característica de fluor per la seva capacitat d'atreure electrons (l'element més electronegatiu) i la petita grandària dels seus àtoms.

Història del descobriment

El mineral que conté fluor fluorita va ser descrit en 1529 pel metge alemany i mineralogista Georgiem Agrikoloy. És probable que l'àcid fluorhídric es va obtenir per primera vegada en el desconegut vidrier Anglès 1720 GA 1771 al químic suec Carl Wilhelm Scheele va obtenir àcid fluorhídric cru sota fluorita escalfament amb àcid sulfúric concentrat en una retorta de vidre, que en gran part corroïda sota l'acció del producte resultant . Per tant, en experiments posteriors, els gots estan fets de metall. Gairebé àcid anhidre es va obtenir en 1809 any, dos anys més tard, el físic francès André-Marie Ampère suposa que aquesta compost d'hidrogen amb un element desconegut, clor anàloga, per als quals es proposa el nom de la φθόριος fluoro grec, «interrupció». Fluorspar tornar fluorur de calci.

L'alliberament de fluorur era un dels principals problemes no resolts de la química inorgànica fins a 1886, quan el químic francès Anri Muassan era l'element per electròlisi de solució de hidrofluoruro de potassi en fluorur d'hidrogen. Per això, en 1906, va rebre el Premi Nobel. La dificultat en el tractament d'aquest element i propietats tòxiques contribuir fluor lent progrés en el camp de la química d'aquest element. Fins a la Segona Guerra Mundial va ser una curiositat de laboratori. Llavors, però, l'ús d'hexafluorur d'urani a la separació d'isòtops d'urani, juntament amb un augment en comercials compostos orgànics de l'element, per la qual cosa és una substància química que porta beneficis significatius.

predomini

L'espat fluor que conté fluor (fluorita, _CaF2) durant segles s'ha utilitzat com un flux (agent de neteja) en processos metal·lúrgics. més tard Mineral demostrat ser una font d'un element, que també va ser nomenat Fluor. cristalls de fluorita transparent sense color sota il·luminació tenen un tint blavós. Aquesta propietat es coneix com fluorescència.

Fluoro - un element que es produeix a la natura només en forma dels seus compostos, amb l'excepció de molt petites quantitats d'element lliure al espat fluor, el radi exposada a la radiació. El contingut de l'element en l'escorça terrestre és d'aproximadament 0,065%. Els minerals de fluorur bàsics són fluorita, criolita (Na ₃ AlF _6), fluorapatita (Ca ₅ [PO _{4] 3} [F, Cl]), Topaz (Al ₂ SiO ₄ [F, OH] ₂₎ i lepidolita.

Les propietats físiques i químiques de fluor

A temperatura ambient, gas fluor és un color groc pàl·lid amb una olor irritant. Inhalació de l'perillós. En refredar es va convertir en un líquid de color groc. Hi ha només un isòtop estable de l'element químic - fluoro-19.

La primera energia d'ionització de l'halogen és molt alta (402 kcal / mol), que és una formació de cations de calor estàndard F ⁺ 420 kcal / mol.

La petita grandària de l'element de l'àtom pot acomodar la seva quantitat relativament gran al voltant de l'àtom central per formar una pluralitat de complexos estables, per exemple, hexafluorosilicato (SiF _6,) geksaftoralyuminata ^2- i (AlF ₆₎ ^3-. Fluoro - un element que té les propietats oxidants forts. Cap altra substància que no s'oxida anió fluorur, esdevé un element lliure, i per aquesta raó l'article no està en un estat lliure en la naturalesa. Aquesta característica de fluor durant més de 150 anys d'edat no poden aconseguir-ho per qualsevol mètode químic. Això va ser possible només a través de l'ús de l'electròlisi. No obstant això, el 1986 el químic nord-americà Karl Krayst dit sobre la primera "química" aconseguir fluorur. Va utilitzar K ₂ MNF _6, i pentafluorur d'antimoni (SbF _5), que pot ser obtingut de la solució de HF.

Fluoro: valència i l'estat d'oxidació

La capa exterior conté un desaparellats halògens d'electrons. És per això que la valència de fluor en els compostos és igual a un. No obstant això, VIIa àtoms d'element del Grup poden augmentar el nombre d'electrons de la valència de 7. fluor màxima i el seu estat d'oxidació igual a -1. L'element no és capaç d'estendre la seva capa de valència, ja que fora de línia àtom de d-orbital. Altres exempts d'halògens i gràcies a la seva presència pot ser una valència de fins a 7.

Alta element capacitat d'oxidació permet aconseguir l'estat d'oxidació més alt possible d'altres elements. Fluoro (valència I) poden formar un compost, que no existeix ni en cap altre halur: plata difluorur (AGF _2), el trifluorur de cobalt (COF ₃₎ heptafluoride reni (Ref ₇₎ pentafluoruro de brom (BrF ₅₎ i heptafluoride iode (IF _7).

connexions

Fórmula fluor (F ₂₎ es compon de dos àtoms d'un element. Ell pot entrar en connexió amb tots els altres elements, excepte l'heli i el neó, per formar fluorurs iònics o covalents. Alguns metalls com el níquel, cobert ràpidament per una capa d'halogen, impedint la comunicació addicional amb l'element de metall. Alguns metalls secs com ara acer dolç, coure, alumini, o Monel (níquel 66% i aliatge de coure 31,5%) no reacciona a temperatures ordinàries amb fluor. Per treballar amb l'element a temperatures de fins a 600 ° C és monel adequat; alúmina sinteritzada és estable fins a 700 ° C.

olis de fluorocarboni són lubricants adequades. Element reacciona violentament amb materials orgànics (per exemple, goma, fusta i tèxtils) fluoració de manera controlada de compostos orgànics de fluor elemental només és possible quan es prenen precaucions especials.

producció

Espat fluor és la principal font de fluorur. En la producció de fluorur d'hidrogen (HF) es destil·la a partir de espat fluor en pols amb àcid sulfúric concentrat en una unitat de plom o ferro fos. Durant el sulfat de calci destil·lació format (CAS _4), és insoluble en HF. El fluorur d'hidrogen s'obté en estat prou anhidre per destil·lació fraccionada en recipients de coure o d'acer i s'emmagatzema en cilindres d'acer. Les impureses comuns en fluorur d'hidrogen comercial són l'àcid sulfurós i sulfúric i àcid fluorosilícico (H ₂ SiF ₆₎ format a causa de la presència de sílice al espat fluor. Traces d'aigua es poden eliminar per electròlisi utilitzant elèctrodes de platí, per tractament amb fluor elemental, o l'emmagatzematge de més d'un àcid de Lewis més fort (MF _5, en el qual M - metall) que pot formar sals (H ₃ O) ⁺ (MF ₆₎ ^-: H ₂ O + SbF ₅ + HF → (H ₃ O) ⁺ (SbF ₆₎ ^-.

El fluorur d'hidrogen utilitzat en la preparació d'una varietat de compostos de fluor orgànics i inorgànics industrials, per exemple, natriyftoridalyuminiya (Na ₃ AlF ₆₎ s'empra com electròlit en la fosa de metall d'alumini. Una solució de gas fluorur d'hidrogen a l'aigua es diu que l'àcid fluorhídric, una gran quantitat de metall que s'utilitza per a la neteja i per al polit de vidre o impartir boirina al seu gravat.

Preparació de cèl·lula lliure mitjançant l'ús de procediments electrolítics en absència d'aigua. En general, estan en la forma de fluorur de potassi es fonen electròlisi de fluorur d'hidrogen (en la proporció de 2,5-5 a 1) a temperatures de 30-70, 80-120 o 250 ° C. Durant el procés dels continguts fluorur d'hidrogen en les disminucions de electròlits i les pujades de punt de fusió. Per tant, cal que la seva addició es va dur a terme de forma contínua. En l'alta temperatura de la cambra d'electròlit es reemplaça quan la temperatura supera els 300 ° C. El fluor es pot emmagatzemar de manera segura sota pressió en un cilindre d'acer inoxidable, si la vàlvula del cilindre lliure de traces de substàncies orgàniques.

l'ús de

Element s'utilitza per produir una varietat de fluorur tal com trifluorur de clor (ClF _3), hexafluorur de sofre (SF ₆₎ o trifluorur de cobalt (COF _3). Els compostos de clor i de cobalt són importants agents de fluoració de compostos orgànics. (Amb les precaucions adequades directament fluor es pot utilitzar per a aquest propòsit). El hexafluorur de sofre s'utilitza com a dielèctric gasós.

El fluor elemental diluït amb nitrogen és sovint reacciona amb hidrocarburs per formar els fluorocarbonos corresponents en els quals una part o tot l'hidrogen està substituït amb halogen. Els compostos resultants es caracteritzen en general per una alta estabilitat, inèrcia química, alta resistència elèctrica, així com altres propietats físiques i químiques valuoses.

La fluoració també es pot fer per tractament de compostos orgànics de trifluorur de cobalt (COF ₃₎ electròlisi o solucions dels mateixos en fluorur d'hidrogen anhidre. Els plàstics útils amb propietats antiadherents, com ara politetrafluoroetilè [(CF ₂ CF _{2) x],} conegut comercialment com Teflon, produïts a partir d'hidrocarburs fluorats insaturats.

compostos orgànics que contenen clor, brom o iode, és fluorat per produir substàncies com ara diclorodifluorometà (Cl ₂ CF ₂₎ de refrigerant, que és àmpliament utilitzat en els refrigeradors domèstics i condicionadors d'aire. Des dels clorofluorocarbonis, com ara diclorodifluorometà, exercir un paper actiu en l'esgotament de la capa d'ozó i la seva producció i ús es va restringir, i ara el refrigerant preferit que conté hidrofluorocarbonis.

L'element també s'utilitza per a la producció d'hexafluorur d'urani (UF ₆₎ utilitzat en el procés de difusió gasosa de separar l'urani-235 a partir d'urani-238 en la fabricació de combustible nuclear. El fluorur d'hidrogen i trifluorur de bor (BF ₃₎ es produeixen a escala industrial, ja que són bons catalitzadors per a reaccions d'alquilació utilitzats per preparar molts compostos orgànics. El fluorur de sodi s'afegeix normalment a l'aigua de beguda per tal de reduir la incidència de la càries dental en nens. En els últims anys, l'aplicació més important de fluorur adquirida en els camps farmacèutics i agrícoles. substitució selectiva de fluor altera dràsticament les propietats biològiques de les substàncies.

anàlisi de

És difícil determinar amb precisió la quantitat dels compostos d'halogen. fluorur lliure, que és igual a la valència d'1, es pot detectar mitjançant l'oxidació de mercuri Hg + F ₂ → HGF _2, i mesurant l'augment de pes de mercuri i el canvi de volum del gas. Les principals proves qualitatives per a la presència d'ions de l'element són:

• selecció de fluorur d'hidrogen sota l'acció d'àcid sulfúric,
• formació d'un precipitat de fluorur de calci mitjançant l'addició de solució de clorur de calci,
• solució de color groc decoloració tetraòxid de titani (TiO ₄₎ i peròxid d'hidrogen en àcid sulfúric.

mètodes d'anàlisis quantitatives:

• precipitació de fluorur de calci en presència de carbonat de sodi i de tractament de fang utilitzant àcid acètic,
• dipositar clorofluoruro de plom mitjançant l'addició de clorur de sodi i nitrat de plom,
• titulació (determinació de la concentració de solut) amb la solució de nitrat de tori (Th [NO _{3] 4)} usant alizarinsulfonate de sodi com a indicador: Th (NO _{3) 4} + 4KF ↔ THF ₄ + 4KNO _3.

fluor unit covalentment (valència I), com ara fluorocarbonos per analitzar més complicat. Això requereix una connexió amb sodi metàl·lic, seguit per anàlisi de la F ^- ions com es va descriure anteriorment.

propietats dels elements

Finalment es presenta algunes propietats de fluor:

• Nombre atòmic: 9.
• El pes atòmic: 18.9984.
• Possible valència fluor: 1.
• És punt es fusió: -219,62 ° C.
• Punt d'ebullició: -188 ° C.
• Densitat (1 atm, 0 ° C): 1696 g / l.
• fórmula fluor electrònica: 1s 2s ^{2 maig 2} _2p.