Реферат: Фтор

Министерство образования и науки РФ

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ

«ФТОР»

Выполнил:

Проверил:

-2007-

ФТОР (лат. Fluorum), F, химическийэлемент с атомным номером 9, атомная масса 18,998403. Природный фтор состоит изодного стабильного нуклида 19F. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s2p5.В соединениях проявляет только степень окисления –1 (валентность I). Фторрасположен во втором периоде в группе VIIА периодической системы элементовМенделеева, относится к галогенам.

1.Общая характеристика.

Радиус нейтрального атома фтора0,064 нм, радиус иона F– 0,115 (2), 0,116 (3), 0,117 (4) и 0,119 (6)нм (в скобках указано значение координационного числа). Энергиипоследовательной ионизации нейтрального атома фтора равны, соответственно,17,422, 34,987, 62,66, 87,2 и 114,2 эВ. Сродство к электрону 3,448 эВ (самоебольшое среди атомов всех элементов). По шкале Полинга электроотрицательностьфтора 4 (самое высокое значение среди всех элементов). Фтор — самый активныйнеметалл.

2.Свойства.

При обычных условиях фтор — газ(плотность 1,693 кг/м3) с резким запахом. Температура кипения–188,14°C, температура плавления –219,62°C. В твердом состоянии образует двемодификации: a-форму, существующую от температуры плавления до –227,60°C, иb-форму, устойчивую при температурах, более низких, чем –227,60°C.

Как и другие галогены, фторсуществует в виде двухатомных молекул F2. Межъядерное расстояние в молекуле0,14165 нм. Молекулу F2 характеризует аномально низкая энергия диссоциации наатомы (158 кДж/моль), что, в частности, обусловливает высокую реакционнуюспособность фтора.

Химическая активность фтора чрезвычайновелика. Из всех элементов со фтором не образуют фторидов только три легкихинертных газа — гелий, неон и аргон. Во всех соединениях фтор проявляет толькоодну степень окисления –1.

Со многими простыми и сложнымивеществами фтор реагирует напрямую. Так, при контакте с водой фтор реагирует сней (часто говорят, что «вода горит во фторе»):

2F2 + 2H2O =4HF + O2.

Фтор реагирует со взрывом припростом контакте с водородом (H):

H2 + F2 = 2HF.

При этом образуется газ фтороводородHF, неограниченно растворимый в воде с образованием сравнительно слабойплавиковой кислоты.

Фтор вступает во взаимодействие сбольшинством неметаллов. Так, при реакции фтора с графитом образуютсясоединения общей формулы CFx, при реакции фтора с кремнием (Si) —фторид SiF4, с бором — трифторид BF3. При взаимодействиифтора с серой (S) образуются соединения SF6 и SF4 и т. д.

Известно большое число соединенийфтора с другими галогенами, например, BrF3, IF7, ClF, ClF3и другие, причем бром (Br) и иод (I) воспламеняются в атмосфере фтора приобычной температуре, а хлор (Cl) взаимодействует с фтором при нагревании до200-250°С.

Не реагируют со фторомнепосредственно, кроме указанных инертных газов, также азот (N), кислород (O),алмаз, углекислый и угарный газы.

Косвеным путем получен трифторидазота NF3 и фториды кислорода О2F2 и OF2,в которых кислород имеет необычные степени окисления +1 и +2.

При взаимодействии фтора суглеводородами происходит их деструкция, сопровождающаяся получениемфторуглеводородов различного состава.

При небольшом нагревании (100-250°C)фтор реагирует с серебром (Ag), ванадием (V), рением (Re) и осмием (Os). Сзолотом (Au), титаном (Ti), ниобием (Nb), хромом (Cr) и некоторыми другимиметаллами реакция с участием фтора начинает протекать при температуре выше 300-350°C.С теми металлами, фториды которых нелетучи (алюминий (Al)железо (Fe), медь (Cu)и др.), фтор с заметной скоростью реагирует при температуре выше 400-500°C.

Некоторые высшие фториды металлов,например, гексафторид урана UF6, получают действуя фтором или такимфторирующим агентом, как BrF3, на низшие галогениды, например:

UF4 + F2 = UF6

Следует отметить, что ужеупоминавшейся плавиковой кислоте HF соответствуют не только средние фторидытипа NaF или СаF2, но и кислые фториды — гидрофториды типа NaHF2и КНF2.

Синтезировано также большое числоразличных фторорганических соединений, в том числе и знаменитый тефлон —материал, представляющий собой полимер тетрафторэтилена.

История открытия:

История открытия фтора связана сминералом флюоритом, или плавиковым шпатом. Состав этого минерала, как сейчасизвестно, отвечает формуле CaF2, и он представляет собой первоесодержащее фтор вещество, которое начал использовать человек. В давние временабыло отмечено, что если флюорит добавить при выплавке металла к руде, тотемпература плавления руды и шлаков понижается, что значительно облегчаетпроведение процесса (отсюда название минерала — от лат. fluo — теку).

В 1771 году обработкой флюоритасерной кислотой шведский химик К. Шееле приготовил кислоту, которую он назвал«плавиковой». Французский ученый А. Лавуазье предположил, что в состав этойкислоты входит новый химический элемент, который он предложил назвать «флуорем»(Лавуазье считал, что плавиковая кислота — это соединение флуория с кислородом,ведь, по мнению Лавуазье, все кислоты должны содержать кислород). Однаковыделить новый элемент он не смог.

За новым элементом укрепилосьназвание «флюор», которое отражено и в его латинском названии. Но длительныепопытки выделить этот элемент в свободном виде успеха не имели. Многие ученые,пытавшиеся получить его в свободном виде, погибли при проведении таких опытовили стали инвалидами. Это и английские химики братья Т. и Г. Ноксы, и французыЖ.-Л. Гей-Люссак и Л. Ж. Тенар, и многие другие. Сам Г. Дэви, первым получившийв свободном виде натрий (Na), hкалий (K), кальций (Ca) и другие элементы, врезультате экспериментов по получению фтора электролизом отравился и тяжелозаболел. Вероятно, под впечатлением всех этих неудач в 1816 году для новогоэлемента было предложено хотя и сходное по звучанию, но совершенно другое посмыслу название — фтор (от греч. phtoros — разрушение, гибель). Это названиеэлемента принято только в русском языке, французы и немцы продолжают называтьфтор fluor, англичане — fluorine.

Получить фтор в свободном виде несмог и такой выдающийся ученый, как М. Фарадей. Только в 1886 году французскийхимик А. Муассан, используя электролиз жидкого фтороводорода HF, охлажденногодо температуры –23°C (в жидкости должно содержаться немного фторида калия KF,который обеспечивает ее электропроводимость), смог на аноде получить первуюпорцию нового, чрезвычайно реакционноспособного газа. В первых опытах дляполучения фтора Муассан использовал очень дорогой электролизер, изготовленныйиз платины (Pt) и иридия (Ir). При этом каждый грамм полученного фтора «съедал»до 6 г платины. Позднее Муассан стал использовать значительно более дешевыймедный электролизер. Фтор реагирует с медью (Cu), но при реакции образуетсятончайшая пленка фторида, которая препятствует дальнейшему разрушению металла.

3.Получение.

На первой стадии получения фторавыделяют фтороводород HF. Приготовление фтороводорода и фтористоводородной(плавиковой) кислоты происходит, как правило, попутно с переработкойфторапатита на фосфорные удобрения. Образующийся при сернокислотной обработкефторапатита газообразный фтороводород далее собирают, сжижают и используют дляпроведения электролиза. Электролизу можно подвергать как жидкую смесь HF и KF(процесс осуществляется при температуре 15-20°C), так и расплав KH2F3(при температуре 70-120°C) или расплав КНF2 (при температуре245-310°C). В лаборатории для приготовления небольших количеств свободногофтора можно использовать или нагревание MnF4, при котором происходитотщепление фтора, или нагревание смеси K2MnF6 и SbF5:

2K2MnF6+ 4SbF5 = 4KSbF6 + 2MnF3 + F2.

Нахождение в природе: содержаниефтора в земной коре довольно велико и составляет 0,095% по массе (значительнобольше, чем ближайшего аналога фтора по группе — хлора (Cl)). Из-за высокойхимической активности фтор в свободном виде, разумеется, не встречается.Важнейшие минералы фтора — это флюорит (плавиковый шпат), а также фторапатит3Са3(РО4)2·СaF2 и криолит Na3AlF6.Фтор как примесь входит в состав многих минералов, содержится в подземных водах;в морской воде 1,3·10–4% фтора.

Применение: фтор широко применяюткак фторирующий агент при получении различных фторидов (SF6, BF3,WF6 и других), в том числе и соединений инертных газов >ксенона(Xe) и криптона (Kr). Гексафторид урана UF6 применяется дляразделения изотопов урана (U). Фтор используют в производстве тефлона, другихфторопластов, фторкаучуков, фторсодержащих органических веществ и материалов,которые широко применяют в технике, особенно в тех случаях, когда требуетсяустойчивость к агрессивным средам, высокой температуре и т.п.

4.Биологическая роль:

В качестве микроэлемента фтор входитв состав всех организмов. У животных и человека фтор присутствует в костнойткани (у человека — 0,2-1,2%) и, особенно, в дентине и эмали зубов. В организмесреднего человека (масса тела 70 кг) содержится 2,6 г фтора; суточнаяпотребность составляет 2-3 мг и удовлетворяется, главным образом, с питьевойводой. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. Поэтому соединения фторадобавляют в зубные пасты, иногда вводят в состав питьевой воды. Избыток фтора вводе, однако, тоже вреден для здоровья. Он приводит к флюорозу — изменениюструктуры эмали и костной ткани, деформации костей. ПДК для содержания в водефторид-ионов составляет 0,7 мг/л. ПДК газообразного фтора в воздухе 0,03 мг/м3.Роль фтора в растениях неясна.