Fluoro element chimic: proprietăți de valență caracteristice

Fluorul (F) - cel mai reactiv elementul chimic și cea mai simplă grupare halogen 17 (VIIa) din tabelul periodic. Această caracteristică de fluor, datorită capacității sale de a atrage electroni (elementul cel mai electronegativ) și mărimea mică a atomilor săi.

Istoria descoperirii

Minerale conținând fluor fluorina a fost descrisă în 1529 de către medic german și mineralog Georgiem Agrikoloy. Este probabil ca acidul fluorhidric a fost obținut pentru prima dată în necunoscut glassmaker englezesc 1720 GA 1771 in chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele a obținut acid fluorhidric brut sub fluorina încălzirea cu acid sulfuric concentrat într-o retortă de sticlă, care în mare parte corodat sub acțiunea produsului rezultat . Prin urmare, în experimentele ulterioare, vasele sunt realizate din metal. Aproape de acid anhidru a fost obținut în 1809 an, doi ani mai târziu, fizicianul francez André-Marie Ampère a presupus că acest compus de hidrogen cu un element necunoscut, clor analog, pentru care se propune denumirea din φθόριος fluoro grecesc, «perturbare». Fluorina transformat fluorură de calciu.

eliberarea de fluor a fost una dintre problemele majore nerezolvate ale chimiei anorganice până 1886, când chimistul francez Anri Muassan a fost elementul prin electroliza soluției de fluorhidrat de potasiu în acid fluorhidric. Pentru că, în 1906, a primit Premiul Nobel. Dificultatea în a face cu acest element și proprietăți toxice au contribuit cu fluor progresul lent în domeniul chimiei acestui element. Până în al doilea război mondial a fost o curiozitate de laborator. Apoi, cu toate acestea, utilizarea de hexafluorură de uraniu în separarea izotopilor de uraniu, împreună cu o creștere în comerciale compuși organici ai elementului, ceea ce face un produs chimic care aduce beneficii semnificative.

răspândire

Fluorina conținând fluor (fluorina, _CaF2) timp de secole a fost folosit ca un flux (agent de curățare) , în procesele metalurgice. mai târziu, minerale sa dovedit o sursă a unui element, care a fost numit, de asemenea, Fluor. Formă de cristale incolore fluorină transparente sub iluminare au o tentă albăstruie. Această proprietate este cunoscut sub numele de fluorescență.

Fluor - un element care apare în natură numai sub forma compușii săi, cu excepția unor cantități foarte mici de elemente libere în fluorina, radiu expus la radiații. Conținutul elementului în scoarța terestră este de aproximativ 0,065%. Mineralele bază de fluorură sunt fluorină, criolit (Na ₃ ALF _6), fluorapatită (Ca _{5 [PO4] 3} [F, CI]), Topaz (Al ₂ SiO ₄ [F, OH] ₂₎ și lepidolite.

Proprietățile fizice și chimice ale fluorului

La temperatura camerei, fluor gazos este un galben pal, cu un miros iritant. Inhalarea periculoase sale. După răcire, a devenit un lichid galben. Există doar un singur izotop stabil al elementului chimic - fluoro-19.

Prima energie de ionizare halogenului este foarte mare (402 kcal / mol), care este o formațiune standard de cation căldură F ⁺ 420 kcal / mol.

Dimensiunea redusă a elementului atomului poate găzdui valoarea lor relativ mare în jurul atomului central pentru a forma o multitudine de complexe stabile, de exemplu, Hexafluorosilicat (sif ₆₎ ^2- geksaftoralyuminata și (ALF ₆₎ ^3-. Fluor - un element care are cele mai puternice proprietăți oxidante. Nici o altă substanță nu este oxidat de anioni fluorură, se transformă într-un element liber, și din acest motiv, elementul nu este în stare liberă în natură. Această caracteristică de fluor pentru o vechime de peste 150 de ani nu au voie să-l prin orice metodă chimică. Acest lucru a fost posibil numai prin utilizarea de electroliză. Cu toate acestea, în 1986 chimistul american Karl Krayst a spus despre primul „chimic“ obtinerea de fluor. A folosit K ₂ MNF ₆ și pentafluorura de stibiu (SBF _5), care poate fi obținut din soluția HF.

Fluor: valență și oxidare stare

Învelișul exterior conține un electron nepereche halogeni. De aceea, valența de fluor în compușii este egal cu unu. Cu toate acestea, VIIa atomi de elemente de grup poate crește numărul de electroni la valența 7. fluor maximă și starea de oxidare egală cu -1. Elementul nu este în măsură să se extindă cochilia de valență, deoarece atom deconectat d-orbital. Alți fără halogen, datorită prezenței sale poate fi o valență de până la 7.

oxidare ridicat element de capacitate permite obținerea celui mai înalt posibil, starea de oxidare a altor elemente. Fluor (valență I) pot forma un compus, care nu există , nici o altă halogenură: argint difluorură (AgF _2), cobalt trifluorura (COF ₃₎ heptafluoride reniu (ref ₇₎ Pentafluorura brom (CRB ₅₎ și heptafluoride iod (IF _7).

conexiuni

Formula fluor (F ₂₎ este compus din doi atomi ai unui element. El poate intra în legătură cu toate celelalte elemente, cu excepția heliu și neon, pentru a forma fluoruri ionice sau covalente. Unele metale, cum ar fi nichel, acoperite rapid de un strat de halogen, prevenind comunicarea în continuare cu elementul metalic. Unele metale uscate, cum ar fi din oțel moale, cupru, aluminiu, sau Monel (nichel 66% și din aliaj de cupru 31,5%) nu reacționează la temperaturi obișnuite, cu fluor. Pentru a lucra cu elementul la temperaturi de până la 600 ° C este monel adecvat; alumină sinterizată este stabilă până la 700 ° C.

Uleiurile fluorocarbon sunt cele mai potrivite lubrifianți. Element reacționează violent cu materiale organice (de exemplu, cauciuc, lemn și textile) fluorurarea deci controlată a compușilor organici cu fluor elementar posibil doar atunci când se iau măsuri de precauție speciale.

producere

Fluorina este principala sursă de fluor. În producția de acid fluorhidric (HF) este distilat din fluorină pudră cu acid sulfuric concentrat într-o unitate de plumb sau fonta. In timpul distilării format de sulfat de calciu (CaSO _4), este insolubil în HF. Acidul fluorhidric se obține în stare anhidră suficient prin distilare fracționată în vase de cupru sau oțel și depozitate în cilindri de oțel. Impuritățile în acid fluorhidric comercial sunt acidul sulfuros și sulfuric și acid fluorosilicic _(H2 sif ₆₎ formate datorită prezenței silicei în fluorină. Urme de umiditate pot fi îndepărtate prin electroliza , folosind electrozi de platină prin tratament cu fluor elementar, sau stocarea într - un acid Lewis mai puternic (MF _5, în care M - metal) , care pot forma săruri (H ₃ O) ⁺ (MF ₆₎ ^-: H ₂ O + SBF ₅ + HF → (H ₃ O) ⁺ (SBF ₆₎ ^-.

Acidul fluorhidric utilizat la prepararea unei varietăți de compuși fluorurați organici și anorganici industriali, de exemplu, natriyftoridalyuminiya (Na ₃ ALF ₆₎ este utilizat ca electrolit în topirea aluminiului metalic. O soluție de fluorhidric gazos in apa se spune ca acid fluorhidric, o cantitate mare de metal, care este folosit pentru curățare și lustruire sticla sau care conferă opacitate pentru gravură sale.

Prepararea celulei libere prin utilizarea procedurilor electrolitice în absența apei. De obicei, acestea sunt sub formă de fluorură de potasiu se topesc electroliza fluorhidric (în proporție de 2,5-5 la 1) la temperaturi de 30-70, 80-120 sau 250 ° C. In timpul procesului de conținutul de fluorură de hidrogen din scăderile de electrolit și creșterile punctului de topire. Prin urmare, este necesar ca adăugarea sa a avut loc în mod continuu. La temperatura ridicată camera de electrolit este înlocuit atunci când temperatura depășește 300 ° C, Fluorul poate fi depozitat în condiții de siguranță sub presiune într-un butelii din oțel inoxidabil, dacă supapa cilindrului fără urme de substanțe organice.

utilizarea

Elementul este folosit pentru a produce o varietate de fluorură , cum ar fi trifluorura de clor (CLF _3), hexafluorură de sulf (SF ₆₎ sau trifluorura de cobalt (COF _3). compuși ai clorului și cobalt sunt agenți de fluorurare importanți ai compușilor organici. (Cu precauții adecvate direct fluor pot fi utilizate în acest scop). hexafluorură de sulf este folosit ca dielectric gazos.

Fluorul elementar diluat cu azot este adesea reacționează cu hidrocarburi pentru a forma fluorocarburi corespunzătoare în care o parte sau toate hidrogenul este înlocuit cu halogen. Compușii rezultați sunt în general caracterizate prin stabilitate ridicată, inerția chimică, rezistență electrică ridicată, precum și alte proprietăți fizice și chimice valoroase.

Fluorurare poate fi făcută și prin tratarea compușilor organici ai trifluorura cobalt (COF ₃₎ electroliză sau soluții ale acestora , în acid fluorhidric anhidru. plastice utile cu proprietăți antiadezive, cum ar fi politetrafluoretilenă [(CF ₂ CF _{2) x],} cunoscute sub denumirea comercială de teflon, produse din hidrocarburi fluorurate nesaturate.

Compușii organici care conțin clor, brom sau iod, este fluorurată pentru a produce substanțe , cum ar fi diclorodifluorometan (Cl ₂ CF ₂₎ agent frigorific, care este utilizat pe scară largă în frigidere de uz casnic și de aer condiționat. Deoarece clorofluorocarburi, cum ar fi diclordifluormetan, joacă un rol activ în distrugerea stratului de ozon și producerea și utilizarea lor a fost limitată, iar acum agentul frigorific preferat care conține hidrofluorocarboni.

Elementul este de asemenea utilizat pentru producerea de uraniu hexafluorura (UF ₆₎ utilizate în procesul de difuzie gazoasă de separare a uraniului-235 de uraniu-238 la fabricarea combustibilului nuclear. Acidul fluorhidric și trifluorura de bor _(BF3) sunt produse la scară industrială, deoarece acestea sunt catalizatori bune pentru reacțiile de alchilare utilizate pentru prepararea multor compuși organici. Fluorura de sodiu este de obicei adăugat în apa de băut, pentru a reduce incidența cariilor dentare la copii. În ultimii ani, cea mai importantă aplicație a fluorurii dobândite în domeniul agricol farmaceutic și. substituție selectivă a fluorului modifica dramatic proprietățile biologice ale substanțelor.

analiza

Este dificil să se determine cu precizie cantitatea de compuși cu halogen. fluorura liber, care este egal cu valența de 1, poate fi detectată prin oxidarea mercurului Hg + F ₂ → HGF ₂ și măsurarea creșterii greutății mercurului și schimbarea volumului gazului. Principalele teste calitative pentru prezența ionilor elementului sunt:

• selectarea fluorhidric sub acțiunea acidului sulfuric,
• formarea unui precipitat de fluorură de calciu prin adăugarea de soluție de clorură de calciu,
• soluție galbenă decolorare tetraoxid de titan (TiO ₄₎ și peroxid de hidrogen în acid sulfuric.

Metode de analiză cantitativă:

• precipitarea fluorurii de calciu în prezență de carbonat de sodiu și de tratare a nămolului, folosind acid acetic,
• depunerea chlorofluoride plumb prin adăugare de clorură de sodiu și azotat de plumb,
• titrare (determinarea concentrației substanței dizolvate) cu o soluție de nitrat de toriu (Th [NO _{3] 4)} utilizând alizarinsulfonate de sodiu ca indicator: Th (NO _{3) 4} + 4KF ↔ ₄ + 4KNO Tetrahidrofuranul _3.

fluor covalentă legat (valență I), cum ar fi fluorocarburi pentru a analiza mai complicate. Acest lucru necesită o conexiune cu sodiu metalic, urmată de analiza a F ^- ioni așa cum este descris mai sus.

element de proprietăți

În final prezentăm câteva proprietăți de fluor:

• Număr atomic: 9.
• greutate atomică: 18.9984.
• Posibil fluor valența: 1.
• Punct de topire: -219,62 ° C
• Punct de fierbere: -188 ° C
• Densitate (1 atm, 0 ° C): 1,696 g / l.
• Formula fluor electronic: 1s 2s ^{2 2 5} _2p.