История открытия фтора, химические и физические свойства, его роль в природе

Фтор – газ, который участвует во многих сферах человеческой жизни. Содержится не только в земной коре, но и в организме человека. Многие продукты питания содержат элемент в своем составе.

История открытия

В 1670 г. немецкий химик К.Шванквард поместил в сосуд из флюорита серную кислоту и накрыл его стеклянной крышкой. Тогда он заметил, что выделенные газы разъели стекло. В 1771 году ученые провели опыт, в результате которого получили неизвестную кислоту. Ее назвали плавиковой. Этот период и считается моментом открытия фтора.

В то время ученые уже знали минерал, который снижал температуру плавления руд. А флюором называли его основу. В 1779 г. кислоту получили в металлическом сосуде. Через 30 лет это стало возможным сделать и без воды. В 1810 г. физик Ампер выдвинул идею, что кислота должна содержать еще один элемент. Это предположение и обозначило фтор, как химический компонент.

Попытки получения чистого вещества не увенчались успехом. Ученые из разных стран проводили бесконечные опыты. Но, как известно, фтор – токсичное вещество, поэтому результаты часто становились трагичными. Получить его пытались из фторидов серебра и свинца. Тогда ученые отравились выделенными газами.

Лишь в 1886 г. Анри Муассан отделил элемент в свободном виде. Им проводились опыты выделения из фтороводорода без присутствия воды примесей гидрофторида калия. Ему удалось завладеть несколькими пузырьками газообразного вещества. Платину заменили медью. Это и способствовало образованию пленки, за которой размещался фтор.

На данный момент процесс выделения на электродах составных частей является основным для получения элемента. С 1919 г. для этого использовали расплавы бифторидов – веществ, проводящих ток на ионы. В качестве удешевления производства стали применяться медь, никель, сталь и графит.

Фтор в таблице Менделеева

В основе периодической таблицы Менделеева лежит атомный вес. Фтор занимает в ней 9 место, имея массу 18,998. Обозначается он латинской буквой F (Fluorum).

Располагается во 2 периоде, 7 группы главной подгруппы. Является неметаллом и окислителем. Имеет валентность 1, что характеризует способность атома создавать одну ионную связь.

Строение атома

Атом состоит из ядра и двух оболочек. Ядро положительно заряжено и состоит из:

10 нейтронов;
9 протонов.

По оболочкам движется 9 электронов. На внутренней s-орбитали находится 2 спаренных электрона, на внешней sp-орбитали – 7 электронов. Они валентны. Им не хватает одного электрона до завершения энергетического уровня.

Строение атома в электронной конфигурации – 1s22s22p5. Радиус равен 42 пм.

Физические свойства

Плотность фтора зависит от его состояния:

В газообразном состоянии – 1,693 г/л.
В жидком – 1,5127 г/см³ при температуре 188 градусов. В этом же виде, но в обычных условиях – 1,587 г/см³.

Температура кипения – 188,13 градусов (что аномально низко). Температура плавления – 219,61 градусов (из-за отсутствия возможности получать полуторные связи). Во фтороводороде вещество не растворяется. В жидком кислороде это возможно лишь в виде жидкости.

Степень окисления -1. У элемента самая высокая электроотрицательность среди всей таблицы, поэтому положительные степени окисления не знакомы ученым. Значение равно 4 по шкале Полинга.

[advice]Фтор – активный неметалл, который относится к галогенам. В свободном виде встречается в форме газа без цвета, но с резким удушливым запахом. Принадлежит к самым легким элементам таблицы. Это ядовитое вещество. [/advice]

Теплопроводность при нормальных условиях – 0,02591 Вт/(м·К). Имеет моноклинную и простую кубическую структуру решетки.

Химические свойства

Вступает в реакцию со всеми элементами, кроме некоторых инертных газов. К ним относятся:

аргон;
гелий;
неон.

Характерные реакции:

С воздухом в тлеющем виде при воздействии низкой температуры. Приводит к образованию фторидов кислорода.
С хлором при температуре 200-250 градусов, образуя монофтористый и трехфтористый хлор.
С бромом и йодом при взаимодействии воздуха. В результате образуются соответствующие им фториды.

Непосредственная реакция происходит с благородными газами:

криптоном;
радоном;
ксеноном.

Результатом являются их же бинарные соединения.

Реакция фтора с серой сопровождается выделением тепла и выходом фторида серы. Высшие бинарные соединения получаются при взаимодействии с селеном и теллуром.

Фтороводород образуется от фтора с водородом в сопровождении воспламенения. Этот процесс происходит при участии центра свободных радикалов.

Реакция с азотом происходит при воздействии тока. При нормальных условиях реагирует на древесный уголь, при этом воспламеняясь.

Взаимодействие с графитом происходит при воздействии высоких температур. В результате образуется:

твердый фтористый графит;
перфторуглерод в виде газа.

Элемент вступает в реакции при воздействии низких температур с:

бором;
кремнием;
фосфором;
мышьяком.

При этом образуются фториды этих веществ.

Неметалл вступает в реакции с щелочными и щелочноземельными металлами. Вторые при низких температурах воспламеняются. Железо, медь, алюминий, никель, магний и цинк вступают в связь со фтором, образуя защитную пленку. Она не дает протекать реакции дальше.

Фтор активно реагирует при низких температурах с окислами металлов. В результате образуются:

фториды металлов;
кислород.

При замещении кислорода на фтор образуются оксифториды металлов. Элемент вступает в реакцию со стеклом, при этом она протекает медленно, а ускорить ее способна вода. При взаимодействии с ней образуется:

оксид;
перекись водорода.

При низких температурах реагирует на галогениды металлов и неметаллов, органические вещества.

Фтор в природе

Фтор содержится в земной коре – около 0,054% по массе, а также гранитах, основных, ультраосновных породах. В атмосфере и воздухе отсутствует. Ученые обнаружили его в:

газах вулканов;
термальных водах.

Химикам известно 86 минералов, которые содержат фтор. Самые значительные скопления находятся в флюорите. В этом минерале содержание фтора по массе 48,8%. В апатитах и фосфоритах выявлены его соединения.

В биосферу фтор попал из-за извержений вулканов. Его содержание:

в морях и океанах – 0,00013%;
в космосе и Вселенной – 0,00004%;
в организме человека – 0,0037%.

Элемент находится и в растениях. К таким относятся чечевица и лук.

Природными фторидами являются:

флюорит;
криолит;
топаз.

Схема образования фтора имеет формулу F (+9) = 1s22s22p5

Применение

Человечеством используются инертные химические соединения элемента. Фторопласт устойчив к воздействию химических веществ и различных температур. Он используется в производстве:

антипригарной посуды;
человеческих имплантатов.

На его основе изготавливаются изоляционные и смазочные материалы. Фреон применяется в качестве хладагента. Он устойчив к воздействию сильных окислителей, не воспламеняется при взаимодействии с кислородом.

Области применения:

Для фторирования воды, зубных паст.
Фармацевты вводят элемент в состав лекарств. На его основе сделаны обезболивающие препараты, средства, восполняющие его дефицит в организме.
При лечении кариеса.
Для резки металла.
В качестве компонента средств против вредителей, грызунов.
Плавиковая кислота – для травления стекла, в качестве растворителя, катализатора.
Для получения алюминия в металлургии – соединение натрия и фтора применяется как электролит.
Линзы и призмы оптических приборов сделаны на основе фторида магния.
Соединения фтора входят в состав топлива для ракет.

Фтор – неметалл, который человечество активно использует во многих сферах жизни. Начиная от производства оптики и заканчивая медициной. Также этот элемент присутствует в организме человека. Его недостаток чреват разрушением костной ткани, развитием заболеваний. Потому ежедневно рекомендуется употреблять продукты с фтором.

А что еще интересного вы знаете об этом элементе? Напишите в комментариях. Поделитесь статьей в социальных сетях с друзьями. Сохраните ее в закладках, чтобы при необходимости сразу ее найти.

Также рекомендуем посмотреть подборку видео, которые закрепят знания и ответят на оставшиеся вопросы.

Химические свойства фтора.