Fluor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Kyslík – Fluor - Neon   F Cl       [He]2s22p5 19 9 F Periodická tabulka
Obecné
Název, značka, číslo	Fluor, F, 9
Skupina	Halogeny
Skupina, Perioda, Blok	17, 2, p
Vzhled	nazelenalý plyn
Hmotnostní část zemské kůry	0,03 %
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	18,998 amu
Atomový poloměr (vypočten)	50 (42) pm
Kovalentní poloměr	71 pm
van der Waalsův poloměr	147 pm
Elektronová konfigurace	[He]2s22p5
Fyzikální vlastnosti
Skupenství	plynné
Krystalová struktura	kubická
Hustota (tvrdost)	1,696 kg/m3 (—)
Magnetické chování	nemagnetický
Teplota tání	53,53 K (−219,62 °C)
Teplota varu	85,03 K (−188,12 °C)
Molární objem	(F2) 11,20 · 10−3 m3/mol
Skupenské teplo varu	(F2) 6,62 kJ/mol
Skupenské teplo tání	(F2) 0,510 kJ/mol
Tlak nasycené páry	100 Pa při 50 K
Rychlost zvuku	286 m/s
Měrná tepelná kapacita	813 J/(kg · K) 824 J/(kg · K) při 25 °C
Tepelná vodivost	0,0279 W/(m · K)
Různé
Elektrodový potenciál	2,87 V (F + e− → F−)
Elektronegativita	3,98 (Paulingova stupnice)
1. ionizační potenciál	1681,0 kJ/mol
2. ionizační potenciál	3374,2 kJ/mol
3. ionizační potenciál	6050,4 kJ/mol
Izotopy
izo výskyt t1/2 rozpad en. MeV výsl. 17F {syn.} 64,49 s ε 2,761 17O 18F {syn.} 109,77 min ε 1,656 18O 19F 100 % je stabilní s 10 neutrony 20F {syn.} 11,00 s β− 7,025 20Ne 21F {syn.} 4,158 s β− 5,684 21Ne
Vlastnosti NMR
19F Spin jádra 1/2
Pokud není uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Fluor je značně toxický, nazelenalý plyn, chemický mimořádně reaktivní, vyznačuje se největší elektronegativitou ze všech prvků periodické soustavy. Je nejlehčím prvkem z řady halogenů.

Fluor je extrémně reaktivní plyn, který se ochotně až explozivně slučuje s téměř všemi prvky. Je proto velmi obtížné jej připravit v elementární podobě. Poprvé se to podařilo až roku 1886 Henrimu Moissanovi, přestože ve formě svých sloučenin (apatit, kyselina fluorovodíková) byl znám chemikům již od 16. století.

Obsah 1 Výskyt v přírodě 2 Sloučeniny fluoru 2.1 Anorganické sloučeniny 2.2 Organické sloučeniny 3 Výroba 4 Využití 4.1 Anorganické sloučeniny fluoru 4.2 Organické sloučeniny fluoru 4.3 Vliv freonů na životní prostředí 5 Literatura

[editovat] Výskyt v přírodě

Na Zemi je fluor přítomen pouze ve formě sloučenin, a to v nepříliš velkém množství. Z minerálů jsou nejvýznamnější fluorit (kazivec) – fluorid vápenatý CaF₂ a kryolit – hexafluorohlinitan sodný Na₃AlF₆.

V zemské kůře je fluor přítomen v koncentraci 200–600 ppm (mg/kg). Voda oceánů obsahuje pouze přibližně 1 mg F/l.

Ani ve vesmíru není fluor příliš bohatě zastoupen. Předpokládá se, že na jeden atom fluoru připadá přes 30 milionů atomů vodíku.

[editovat] Sloučeniny fluoru

Ve všech svých sloučeninách vystupuje fluor výlučně jako záporně jednomocný F⁻.

[editovat] Anorganické sloučeniny

Jedinou kyselinou fluoru je kyselina fluorovodíková HF. V zředěných vodných roztocích se chová jako poměrně slabá kyselina, avšak koncentrovaná je téměř stejně silná jako kyselina sírová. Molekula HF je velmi malá a stává se, že při neopatrném potřísnění kůže difunduje kyselina fluorovodíková tkáněmi až ke kostem, které chemicky napadá a neopatrný chemik pocítí po několika hodinách velmi nepříjemnou a úpornou bolest kosti.

Se všemi kovy tvoří kyselina fluorovodíková soli fluoridy. Velká většina z nich je ve vodě snadno rozpustná s výjimkou fluoridu hlinitého a fluoridů lanthanoidů, čehož se využívá v analytické chemii i v průmyslovém měřítku k separaci těchto látek ze směsi s ostatními kovy.

Protože fluor jako jediný vykazuje větší elektronegativitu než kyslík, tvoří s ním několik fluoridů, v nichž se kyslík vyskytuje v mocenství O²⁺ například jako difluorid kyslíku OF₂, existuje i poměrně stálý peroxidfluorid O₂F₂. Podobně dokáže jako jediný vytvářet nestálé sloučeniny s vzácnými plyny kryptonem, xenonem a radonem.

[editovat] Organické sloučeniny

Organické sloučeniny fluoru se v přírodě téměř nevyskytují a jsou výsledkem chemické syntézy.

Nejznámější z nich je patrně polymerní polytetrafluorethylen (Teflon) o vzorci F-(-CF₂-)_2n-F. Jde vlastně o polymerní uhlovodík, v němž jsou všechny atomy vodíku nahrazeny fluorem.

Další známou skupinu organických sloučenin tvoří freony. Mezi ně patří řada plynných nebo kapalných látek, které obsahují jeden až pět atomů uhlíku a jejichž vodíkové atomy jsou substituovány fluorem, chlorem a někdy také bromem. Bývají též označovány zkratkou CFC (z angl. chlorofluorocarbon).

[editovat] Výroba

Výroba plynného fluoru je technicky značně obtížná a vzhledem k reaktivitě volného fluoru i poměrně riziková. Základem procesu je elektrolýza taveniny kyselého fluoridu draselného syceného plynným fluorovodíkem. Obtížné je však i následné uchování vyrobeného fluoru; obvykle se používají kovové tlakové nádoby pokryté vrstvou teflonu. Obvykle se však výroba koncipuje tak, aby byl vyrobený fluor co nejrychleji spotřebován přímo na místě výroby, např. při následné organické syntéze.

[editovat] Využití

Elementární fluor se používá jako surovina v chemickém průmyslu.

V 50. letech 20. století se uvažovalo o využití kapalného fluoru nebo jeho směsi s kapalným kyslíkem jako okysličovadla v kapalinových raketových motorech vzhledem k vyššímu dosahovanému specifickému impulsu. Problémy s výrobou a skladováním, spolu s jeho nebezpečím pro obsluhu, vedly k tomu, že tato myšlenka byla brzy opuštěna. Přesto v tehdejším SSSR byly postaveny a vyzkoušeny prototypy motorů pracujících s touto pohonnou látkou.

Většího praktického uplatnění než čistý fluor dosahují jeho sloučeniny:

[editovat] Anorganické sloučeniny fluoru

• Kyselina fluorovodíková HF leptá a rozpouští sklo a uplatňuje se proto ve sklářském průmyslu i při chemických rozkladech odolných silikátových hornin. Reakce čistého křemíku s fluorovodíkem se využívá v polovodičovém průmyslu k řízenému odleptávání určených vrstev křemíkové matrice.
• Kryolit Na₃AlF₆ podstatně snižuje bod tání oxidu hlinitého (bauxitu) a je cennou přísadou při elektrolytické výrobě hliníku.
• Hexafluorid uranu UF₆ je poměrně snadno těkavá sloučenina a již od druhé světové války slouží při metodě difusní separace jako jeden z postupů pro oddělování izotopů uranu ²³⁵U a ²³⁸U.
• Přestože fluor není klasickým biogenním prvkem, je známo, že jeho příjem je žádoucí především pro vývoj zdravých zubů. Některé zubní pasty proto mají záměrně zvýšený obsah sloučenin fluoru (fluorid sodný, aminfluoridy , fluorofosforečnany). Kromě toho byly činěny pokusy o umělé zvyšováni obsahu fluoru v pitné vodě s poměrně diskutabilními výsledky. Především americké university před 40 lety prokázaly přínos fluoru v ionizovaném stavu, dnes se téměř výhradně používá prevence lokální (výplachy a laky, pečetění fisur). Vznik fluorhydroxyapatitu (pentahydrát) vytváří pro agresivní prostředí dutiny prostředek, jak zabránit útoku organických kyselin na sklovinu (hydroxyapatit je po dekarboxylaci disociován s fluorem). Rozpustnost sloučeniny je 10⁻³krát nižší. Ke stejné prevenci patří i zubní pasty s fluoridy (aminfluorid užívá jediný výrobce na světě, všechny ostatní natrium fluoratum, fluorofosforečnany vznikají v 8 nm vrstvě zubního plaku, fluorid cínatý a podobné látky jsou již obsoletní).^[1][2]

[editovat] Organické sloučeniny fluoru

Uhlovodíky, v nichž jsou atomy vodíku kompletně nahrazeny atomy halogenů, se vyznačují mimořádnou chemickou stabilitou a nejsou prakticky vůbec toxické.

• Polymer, známý pod obchodním názvem teflon, je mimořádně chemicky a tepelně odolný. Má velmi mnohostranné využití od pokrývání povrchu kuchyňského nádobí po výrobu odolných chemických aparatur pro práci s agresivními médii, nádob pro uchovávání silných kyselin a reaktivních organických sloučenin. Dobrých elektrických izolačních vlastností a tepelné odolnosti teflonu využívá elektrotechnický průmysl. Z teflonu se vyrábějí velmi odolná těsnění pro průmyslové účely i využití v domácnostech.
• Skupina chlorfluorouhlovodíků, souhrnně označovaných jako freony, dosáhla v posledních několika desetiletích masového uplatnění především těchto oborech:
  • chladírenská technika, kde nahradily dříve používaný toxický amoniak nebo oxid siřičitý. Dodnes jsou freony chladícím médiem desítek milionů chladniček i automobilových a bytových klimatizačních jednotek po celém světě;
  • výroba přenových hmot (pěnový polystyren, pěnový polyuretan apod.), kde se využívala jako pěnicí činidlo;
  • 'hnací náplň do sprejů, především pro svoji zdravotní nezávadnost a nehořlavost.

  Dnes se však z ekologických důvodů produkce freonů celosvětově snižuje.

[editovat] Vliv freonů na životní prostředí

Po dlouhou dobu se věřilo, že inertní vlastnosti freonů jsou zárukou jejich bezproblémového masového nasazení. Teprve v 80. letech 20. století byl při výzkumu stavu ozonové vrstvy zemské atmosféry objeven nepříznivý vliv freonů na obsah ozonu. Bylo zjištěno, že molekuly freonů, které se tepelnou difuzí postupně dostávají do horních vrstev atmosféry, reagují velmi ochotně s přítomným ozonem O₃ za tvorby obyčejné molekuly kyslíku O₂. Jedna molekula freonu přitom může zlikvidovat až několik tisíc molekul ozonu.

Ozonová vrstva je přitom nezbytná pro existenci pozemského života, protože chrání zemský povrch před dopadem vysoce energetických fotonů ultrafialového záření ze Slunce. Její oslabování, především v oblasti zemských pólů, dávají vědci do souvislosti především s masovým využitím freonů v minulých 30 až 40 letech.

V současné době proto probíhá intenzivní výzkum s cílem nahradit většinu freonů jinými látkami. Především náplně sprejů se dnes již prakticky plně obejdou bez freonů. V chladírenské technice, která využívá uzavřený cyklus oběhu chladícího média, jsou úniky do atmosféry podstatně nižší. Přesto se i zde hledají jiné, alternativní látky nebo se alespoň využívají takové typy freonů, které mají na ozonovou vrstvu co nejmenší vliv.

[editovat] Literatura

1. ↑ YUAN, H.; YANG Z.; LI Y.; ZHANG X.; BRUIJN J.D.; DEGROOT K. Osteoinduction by calcium phosphate biomaterials
2. ↑ PARK, J.B. Biomaterials Science and Engineering, Plenum Press, New York, 1984