Fluori on kemiallinen alkuaine (symboli F, atominumero 9), ei-metalli, joka kuuluu halogeenien ryhmään. Se on aktiivisin ja elektronegatiivisin aine. Normaalissa lämpötilassa ja paineessa fluorimolekyyli on vaaleankeltainen myrkyllinen kaasu, jonka kaava on F2. Kuten muut halogenidit, molekyylifluori on erittäin vaarallista ja aiheuttaa vakavia kemiallisia palovammoja joutuessaan kosketuksiin ihon kanssa.
Käytä
Fluoria ja sen yhdisteitä käytetään laaj alti, myös lääkkeiden, maatalouskemikaalien, polttoaineiden ja voiteluaineiden sekä tekstiilien valmistuksessa. Fluorivetyhappoa käytetään lasin etsaukseen, kun taas fluoriplasmaa käytetään puolijohteiden ja muiden materiaalien valmistukseen. Pienet F-ionien pitoisuudet hammastahnassa ja juomavedessä voivat auttaa estämään hammaskariesta, kun taas korkeampia pitoisuuksia löytyy joistakin hyönteismyrkkyistä. Monet yleisanesteetit ovat fluorihiilivetyjohdannaisia. Isotooppi 18F on positronien lähde lääketieteellisenpositroniemissiotomografiakuvaus, ja uraaniheksafluoridia käytetään uraani-isotooppien erottamiseen ja rikastetun uraanin tuottamiseen ydinvoimaloita varten.
Löytöhistoria
Fluoriyhdisteitä sisältävät mineraalit tunnettiin monta vuotta ennen tämän kemiallisen alkuaineen eristämistä. Esimerkiksi kalsiumfluoridista koostuvan mineraalifluorisälvän (tai fluoriitin) kuvasi vuonna 1530 George Agricola. Hän huomasi, että sitä voitaisiin käyttää juoksutteena, aineena, joka auttaa alentamaan metallin tai malmin sulamispistettä ja auttaa puhdistamaan haluttua metallia. Siksi fluori sai latinankielisen nimensä sanasta fluere ("virrata").
Vuonna 1670 lasipuhallin Heinrich Schwanhard havaitsi, että lasi etsattiin hapolla käsitellyn kalsiumfluoridin (fluorisälpä) vaikutuksesta. Carl Scheele ja monet myöhemmät tutkijat, mukaan lukien Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier ja Louis Thénard, kokeilivat fluorivetyhappoa (HF), jota saatiin helposti käsittelemällä CaF väkevällä rikkihapolla.
Lopuksi kävi selväksi, että HF sisälsi aiemmin tuntemattoman elementin. Liiallisen reaktiivisuutensa vuoksi tätä ainetta ei kuitenkaan voitu eristää moniin vuosiin. Sitä ei ole vain vaikea erottaa yhdisteistä, vaan se reagoi välittömästi niiden muiden komponenttien kanssa. Alkuainefluorin eristäminen fluorivetyhaposta on erittäin vaarallista, ja varhaiset yritykset sokaisivat ja tappoivat useita tutkijoita. Nämä ihmiset tunnettiin "marttyyreinä".fluoria.”
Löytö ja tuotanto
Lopuksi vuonna 1886 ranskalainen kemisti Henri Moissan onnistui eristämään fluorin elektrolyysillä sulan kaliumfluoridien ja fluorivetyhapon seoksesta. Tästä hänelle myönnettiin kemian Nobel-palkinto vuonna 1906. Hänen elektrolyyttistä lähestymistapaansa käytetään edelleen tämän kemiallisen alkuaineen teolliseen tuotantoon.
Fluorin ensimmäinen laajamittainen tuotanto alkoi toisen maailmansodan aikana. Sitä vaadittiin yhdessä Manhattan-projektin atomipommin luomisen vaiheista. Fluoria käytettiin uraaniheksafluoridin (UF6) tuottamiseen, jota puolestaan käytettiin kahden isotoopin 235U jaerottamiseen toisistaan. 238U. Nykyään tarvitaan kaasumaista UF6 rikastetun uraanin tuottamiseen ydinvoimaa varten.
Fluorin tärkeimmät ominaisuudet
Jaksotaulukossa alkuaine on ryhmän 17 (entinen ryhmä 7A) huipulla, jota kutsutaan halogeeniksi. Muita halogeeneja ovat kloori, bromi, jodi ja astatiini. Lisäksi F on toisessa jaksossa hapen ja neonin välillä.
Puhdas fluori on syövyttävä kaasu (kemiallinen kaava F2), jolla on tyypillinen pistävä haju, jonka pitoisuus on 20 nl tilavuuslitraa kohti. Koska se on kaikista alkuaineista reaktiivisin ja elektronegatiivisin, se muodostaa helposti yhdisteitä useimpien kanssa. Fluori on liian reaktiivista ollakseen alkuainemuodossa, ja siinä on sellaistaaffiniteetti useimpiin materiaaleihin, mukaan lukien pii, ettei sitä voida valmistaa tai säilyttää lasisäiliöissä. Kosteassa ilmassa se reagoi veden kanssa muodostaen yhtä vaarallista fluorivetyhappoa.
Fluori, joka on vuorovaikutuksessa vedyn kanssa, räjähtää jopa matalissa lämpötiloissa ja pimeässä. Se reagoi kiivaasti veden kanssa muodostaen fluorivetyhappoa ja happikaasua. Erilaiset materiaalit, mukaan lukien hienojakoiset metallit ja lasit, palavat kirkkaalla liekillä kaasumaisessa fluorisuihkussa. Lisäksi tämä kemiallinen alkuaine muodostaa yhdisteitä jalokaasujen kryptonin, ksenonin ja radonin kanssa. Se ei kuitenkaan reagoi suoraan typen ja hapen kanssa.
Fluorin äärimmäisestä aktiivisuudesta huolimatta menetelmiä sen turvalliseen käsittelyyn ja kuljetukseen on nyt saatavilla. Elementti voidaan säilyttää teräs- tai monel-astioissa (rikas nikkeliseos), koska näiden materiaalien pinnalle muodostuu fluorideja, jotka estävät jatkoreaktion.
Fluorit ovat aineita, joissa fluori on läsnä negatiivisesti varautuneena ionina (F-) yhdessä joidenkin positiivisesti varautuneiden alkuaineiden kanssa. Fluoriyhdisteet metallien kanssa ovat stabiileimpia suoloja. Veteen liuotettuna ne jakautuvat ioneiksi. Muut fluorin muodot ovat komplekseja, esimerkiksi [FeF4]- ja H2F+.
Isotoopit
Tällä halogeenilla on monia isotooppeja, jotka vaihtelevat 14F - 31F. Mutta fluorin isotooppinen koostumus sisältää vain yhden niistä,19F, joka sisältää 10 neutronia, koska se on ainoa, joka on vakaa. Radioaktiivinen isotooppi 18F on arvokas positronien lähde.
Biologinen vaikutus
Kehossa oleva fluori löytyy pääasiassa luista ja hampaista ionien muodossa. Juomaveden fluoraus pitoisuudella alle miljoonasosa vähentää merkittävästi karieksen ilmaantuvuutta - Yhdysv altain kansallisen tiedeakatemian kansallisen tutkimusneuvoston mukaan. Toisa alta liiallinen fluorin kerääntyminen voi johtaa fluoroosiin, joka ilmenee laikkuina hampaissa. Tämä vaikutus havaitaan yleensä alueilla, joilla tämän kemiallisen alkuaineen pitoisuus juomavedessä ylittää pitoisuuden 10 ppm.
Alkuainefluori ja fluoridisuolat ovat myrkyllisiä, ja niitä tulee käsitellä erittäin huolellisesti. Kosketusta iholle tai silmiin tulee välttää huolellisesti. Reaktio ihon kanssa tuottaa fluorivetyhappoa, joka tunkeutuu nopeasti kudoksiin ja reagoi luissa olevan kalsiumin kanssa vaurioittaen niitä pysyvästi.
Ympäristöfluori
Mineraalifluoriitin vuotuinen maailmantuotanto on noin 4 miljoonaa tonnia ja tutkittujen esiintymien kokonaiskapasiteetti on 120 miljoonaa tonnia. Tämän mineraalin tärkeimmät kaivosalueet ovat Meksiko, Kiina ja Länsi-Eurooppa.
Fluoria esiintyy luonnollisesti maankuoressa, missä sitä on kivissä, hiilessä ja savessa. Fluorideja vapautuu ilmaan maaperän tuulieroosion seurauksena. Fluori on maankuoren 13:nneksi yleisin alkuaine – sen sisältövastaa 950 ppm. Maaperässä sen keskimääräinen pitoisuus on noin 330 ppm. Fluorivetyä voi vapautua ilmaan teollisten polttoprosessien seurauksena. Ilmassa olevat fluorit päätyvät putoamaan maahan tai veteen. Kun fluori sitoutuu hyvin pieniin hiukkasiin, se voi pysyä ilmassa pitkiä aikoja.
Ilmakehässä 0,6 miljardiosaa tästä kemiallisesta alkuaineesta on suolasumun ja orgaanisten klooriyhdisteiden muodossa. Kaupunkialueilla pitoisuus saavuttaa 50 ppm.
Liitännät
Fluori on kemiallinen alkuaine, joka muodostaa monenlaisia orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä. Kemistit voivat korvata sillä vetyatomeja ja luoda siten monia uusia aineita. Erittäin reaktiivinen halogeeni muodostaa yhdisteitä jalokaasujen kanssa. Vuonna 1962 Neil Bartlett syntetisoi ksenonheksafluoroplatinaatin (XePtF6). Kryptonia ja radonfluorideja on myös saatu. Toinen yhdiste on argonfluorihydridi, joka on stabiili vain erittäin matalissa lämpötiloissa.
Teolliset sovellukset
Atomi- ja molekyylitilassaan fluoria käytetään plasmaetsaukseen puolijohteiden, litteiden näyttöjen ja mikroelektromekaanisten järjestelmien tuotannossa. Fluorivetyhappoa käytetään lasin syövytykseen lampuissa ja muissa tuotteissa.
Fluori on eräiden yhdisteidensa ohella tärkeä komponentti lääkkeiden, maatalouskemikaalien, polttoaineiden ja voiteluaineiden tuotannossamateriaaleja ja tekstiilejä. Kemiallista alkuainetta tarvitaan tuottamaan halogenoituja alkaania (haloneja), joita puolestaan käytettiin laajasti ilmastointi- ja jäähdytysjärjestelmissä. Myöhemmin tällainen kloorifluorihiilivetyjen käyttö kiellettiin, koska ne edistävät otsonikerroksen tuhoutumista yläilmakehässä.
Rikkiheksafluoridi on erittäin inertti, myrkytön kaasu, joka on luokiteltu kasvihuonekaasuksi. Ilman fluoria vähäkitkaisten muovien, kuten teflonin, valmistus ei ole mahdollista. Monet anesteetit (esim. sevofluraani, desfluraani ja isofluraani) ovat CFC-johdannaisia. Natriumheksafluoroaluminaattia (kryoliittia) käytetään alumiinin elektrolyysissä.
Fluoriyhdisteitä, mukaan lukien NaF, käytetään hammastahnoissa estämään hampaiden reikiintymistä. Näitä aineita lisätään kunnallisiin vesivaroihin veden fluoraamiseksi, mutta käytäntöä pidetään kiistanalaisena ihmisten terveyteen kohdistuvien vaikutusten vuoksi. Suuremmilla pitoisuuksilla NaF:a käytetään hyönteismyrkkynä, erityisesti torakoiden torjuntaan.
Aiemmin fluorideja käytettiin alentamaan metallien ja malmien sulamispistettä ja lisäämään niiden juoksevuutta. Fluori on tärkeä komponentti uraaniheksafluoridin tuotannossa, jota käytetään sen isotooppien erottamiseen. 18F, radioaktiivinen isotooppi, jonka puoliintumisaika on 110 minuuttia, lähettää positroneja ja sitä käytetään usein lääketieteellisessä positroniemissiotomografiassa.
Fluorin fysikaaliset ominaisuudet
Perusominaisuudetkemiallinen alkuaine seuraavasti:
- Atomimassa 18,9984032 g/mol.
- Elektroniset asetukset 1s22s22p5.
- Hapetustila -1.
- Tiheys 1,7 g/l.
- Sulamispiste 53,53 K.
- Keehumispiste 85,03 K.
- Lämpökapasiteetti 31,34 J/(K mol).
