Первый урок.
Предыдущий урок.
Вот мы и почти добрались до конца второго ряда:
Дальше идет неон, инертный газ, мы о нем поговорим позже. А сегодня будем изучать первый галоген – фтор. Он представляет собой газ, обычно желтый, или даже зеленый при высоких концентрациях. В жидком или твердом состоянии он так же желтый. Чрезвычайно ядовит, обладает сильной химической активностью, сильный окислитель. В общем, фтор довольно «агрессивное» вещество. Его химические свойства обусловлены тем, что ему не хватает «для полного счастья» всего одного электрона, и он любыми правдами и неправдами пытается отобрать его от других атомов, он более «жадный» в этом отношении, чем кислород (более сильный окислитель).
Фтор вступает в соединение почти со всеми химическими элементами, даже с инертным аргоном. Исключение гелий и неон, с ними фтор не реагирует. А вот с водородом реагирует очень даже бурно. Если в атмосфере кислорода требуется искра, чтобы смесь рванула, то для смеси фтора с водородом не требуется даже искры. Эти вещества нехило так бабахнут, даже если их просто смешать. И даже при сильном холоде (до -252 градусов Цельсия).
А вот с такими металлами, как алюминий, магний, медь, железо, никель фтор при комнатной температуре не реагирует. Но только в том случае, если в атмосферу фтора поместить целый кусок металла. А вот если поместить металлический порошок, то нехило так рванет. Почему? Потому что при реакции между металлом и фтором на его поверхности образуется пленка из фторида, которая мешает дальнейшей реакции. А в случае металлического порошка, во-первых, будет очень большая площадь, на которой происходит реакция, а во-вторых, если пылинки метала мелкие, то они реагируют, как правило, полностью, на них уж не может образоваться защитная пленка.
Надо сказать, что со фтором бурно реагируют не только металлы, а вообще почти все простые вещества. И не только простые. В частности, фтор может вытеснять из солей другие галогены, например, бром и хлор:
Фтор реагирует со щелочами, например:
А еще многие вещества очень хорошо горят в атмосфере фтора. Да, не только кислород поддерживает горение, но так же и другие окислители. Причем, в атмосфере фтора горение проходит даже еще лучше. И во фторе горит даже вода!
С азотом, правда, фтор реагирует только при электрическом разряде (помните, азот неохотно вступает в реакцию, см. урок «Азот»):
Фтор содержится в живых организмах, в том числе и в организме человека, в основном в эмали зубов и в костях (наверняка вы видели рекламу зубной пасты с фтором). Раньше, еще в Советском Союзе детям давали подержать во рту фторированную воду, чтобы укрепить эмаль. Так же фтор выполняет в организме и другие функции, например, регулирует иммунную активность, участвует в процессе кроветворении. Суточная норма потребления фтора 2.5-3.5 мг, не больше и не меньше. Если будет меньше, то нечем будет пополнять запасы вымываемого из организма фтора, что может привести к кариесу и различным заболеваниям костей. Больше – тоже нехорошо, так как фтор все-таки яд.
Фтор поступает в организм вместе с продуктами питания, он содержится в рыбе, морепродуктах, орехах, яблоках, шпинате и других продуктах, так что специально в виде витаминов его употреблять нет необходимости. Ну, разве что чистить зубы пастой с фтором.
В промышленности фтор применяют для получения разнообразных соединений фтора, таких как:
· Фреонов – используются в качестве рабочего вещества в холодильниках.
· Фторопластов – химически инертных и негорючих полимеров.
· Фторкаучуков – химически инертных и негорючих эластомеров (эластичных полимеров типа резины).
· Элегаза (SF6) – газообразного изолятора, который применятся в высоковольтной электротехнике.
· Гексафторида урана (UF6) – применяется для обогащения урана в ядерной промышленности.
· Гексафторалюминат натрия – используется в качестве электролита для получения алюминия путем электролиза.
· Фторидов металлов, в частности ванадия и вольфрама, которые обладают множеством полезных свойств, таких как, например, коррозионная стойкость в серной и соляной кислоте.
Как видим, как и многие другие химические элементы, фтор очень нужен в промышленности. Каким же образом можно его получить?
В лаборатории фтор можно получить разложением фторидов кобальта(III) или серебра. Вот так выглядит реакция разложения фторида кобальта:
В промышленности, как правило, для получения фтора используют электролиз смести фторида (или гидрофторида) калия с фтороводородом. Фтор образуется путем электролитического разложения фтороводорода HF. Эта реакция протекает в расплаве гидрофторидов калия KH2F3 (70–120 °C, среднетемпературный процесс) или KНF2 (245–310 °С, высокотемпературный процесс) с использованием угольных анодов и стальных катодов. Для удаления из получаемого газа примесей HF используют сорбцию на гранулированных фторидах щелочных металлов. Небольшие партии фтора поставляют в баллонах в чистом виде или в смесях с азотом. В ряде случаев применяют сжижение фтора и его очистку ректификацией. Объём производства свободного фтора в мире около 20 тыс. т/год (2017).
Итак, подытожим. Фтор – это галоген, он является сильным окислителем, очень химически активен, в атмосфере фтора горит даже вода. Фтор входит в состав живых организмом, содержится в эмали зубов. Широко применяется в промышленности, получают путем электролиза в расплаве смеси фторида (или гидрофторида) калия с фтороводородном.
Очень подробно и обстоятельно химические свойства фтора и его разнообразные соединения описаны в книге И. Г. Рысса «Химия фтора и его неорганических соединений», рекомендую (хотя и книга довольно толстая).