Реферат - Фтор - завантажити безкоштовно
Химия

Реферат — Фтор — завантажити безкоштовно


Завантажити реферат: Фтор

ФТОР (лат. Fluorum), F — хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва, відноситься до галогенів, атомний номер 9, атомна маса 18,998403; за нормальних умов (0 °С; 0,1 Мн/м2, або 1 кгс/см2) — газ блідо-жовтого кольору з різким запахом.

Природний фтор складається з одного стабільного ізотопу 19F. Штучно отримано п’ять радіоактивних ізотопів: 16F з періодом напіврозпаду Т1/2 < 1 сек, 17F(Т1/2 = 70 сек), 18F (Т1/2 = 111 хв), 20F (Т1/2 = 11,4 сек), 21F (Т1/2 = 5 сек).

Історична довідка.

Перше з’єднання фтору — флюорит (плавиковий шпат) CaF2 — описано наприкінці 15 століття під назвою «флюор» (від латинського fluo — теку, за властивістю СаF2 робити рідкотекучими в’язкі шлаки металургійних виробництв). У 1771 К. Шееле отримав плавикову кислоту. Вільний фтор виділив А. Муассан у 1886 р. електролізом рідкого безводного фтористого водню, що містить домішок кислого фториду калію KHF2.

Хімія фтору почала розвиватися з 1930-х років, особливо швидко — у роки 2-ї світової війни 1939-45 і після неї у зв’язку із потребами атомної промисловості та ракетної техніки. Назва «фтор» (від грецького phthoros — руйнація, загибель), запропонована А. Ампером в 1810, вживається лише російською; у багатьох країнах прийнято назву «флюор».

Поширення у природі.

Середній вміст фтору у земній корі 6,25*10-2% за масою; у кислих вивержених породах (гранітах) воно становить 8*10-2%, в основних – 3,7*10-2%, в ультраосновних – 10-2%. Фтор присутній у вулканічних газах та термальних водах. Найважливіші сполуки фтору — флюорит, кріоліт та топаз. Усього відомо 86 фторсодержащих мінералів. З’єднання фтору знаходяться також в апатитах, фосфоритах та інших. Фтор – важливий біогенний елемент. В історії Землі джерелом надходження фтору в біосферу були продукти виверження вулканів (гази та ін.).

Фізичні та хімічні властивості.

Газоподібний ФТОР має щільність 1,693 г/л (0 °З 0,1 Мн/м2, або 1 кгс/см2), рідкий — 1,5127 г/см3 (при температурі кипіння); tпл -219,61 ° С; tкіп -188,13 °С. Молекула фтору і двох атомів (F2); при 1000 °С 50% молекул дисоціює, енергія дисоціації близько 155±4 кДж/моль (37±1 ккал/моль). Фтор погано розчинний у рідкому фтористому водні; розчинність 2,5 * 10-3 г в 100 г НF при -70 ° С та 0,4 * 10-3 г при -20 ° С; у рідкому вигляді необмежено розчинний у рідкому кисні та озоні. Конфігурація зовнішніх електронів атома фтору 2s2 2р5. У сполуках виявляє ступінь окиснення -1. Ковалентний радіус атома 0,72, іонний радіус 1,33. Спорідненість до електрона 3,62 ев, енергія іонізації (F ® F+) 17,418 ев. Високим значенням спорідненості до електрона та енергії іонізації пояснюється сильна електронегативність атома фтору, найбільша серед усіх інших елементів. Висока реакційна здатність фтору обумовлює екзотермічність фторування, яка, своєю чергою, визначається аномально малою величиною енергії дисоціації молекули фтору та великими величинами енергії зв’язків атома фтору з іншими атомами. Пряме фторування має ланцюговий механізм і може перейти в горіння і вибух. Фтор реагує всіма елементами, крім гелію, неону і аргону. З киснем взаємодіє у тліючому розряді, утворюючи при низьких температурах фториди кисню О2Р3, О3F2 та ін Реакції фтору з іншими галогенами екзотермічні, у результаті утворюються міжгалогенні сполуки. Хлор взаємодіє з фтором при нагріванні до 200-250 °С, даючи монофтористий хлор СlF і трифтористий хлор СlF3. Відомий також СlF3, одержуваний фторуванням СlF3 при високій температурі та тиску 25 Мн/м2 (250 кгс/см2). Бром та йод спалахують в атмосфері фтору при звичайній темпері, при цьому можуть бути отримані BrF3, BrF5, IF5, IF7. Фтор безпосередньо реагує з криптоном, ксеноном та радоном, утворюючи відповідні фториди (наприклад, ХеF4, ХеF6, КrF2). Відомі також оксифторид та ксенону.

Взаємодія фтору із сіркою супроводжується виділенням тепла та призводить до утворення численних фторидів сірки Селен та телуру утворюють вищі фториди SеF6 та ТеF6. Фтор з воднем реагують із займанням; при цьому утворюється фтористий водень. Фтор із азотом реагує лише в електричному розряді. Деревне вугілля при взаємодії з фтором займається при звичайній температурі; графіт реагує з ним при сильному нагріванні, при цьому можливе утворення твердого графіту фтористого або газоподібних перфторвуглеців CF4 і C2F6. З бромом, кремнієм, фосфором, миш’яком фтор взаємодіє на холоді, утворюючи відповідні фториди.

Фтор активно з’єднується з більшістю металів; лужні та лужноземельні метали займаються в атмосфері фтору на холоді, Bi, Sn, Ti, Мо, W — при незначному нагріванні. Hg, Pb, U, V реагують з фтором при кімнатній температурі, Pt — за температури темно-червоного гартування. При взаємодії металів з фтором утворюються, зазвичай, вищі фториди, наприклад UF6, MoF6, HgF2. Деякі метали (Fe, Су, Al, Ni, Mg, Zn) реагують з фтором з утворенням захисної плівки фторидів, що перешкоджає подальшій реакції.

При взаємодії фтору з окислами металів на холоді утворюються фториди металів та кисень; можливе також утворення оксифторидів металів (наприклад, MoO2F2). Окиси неметалів або приєднують фтор, наприклад SO2 + F2 = SO2F2, або кисень у них заміщається на фтор, наприклад SiO2 + 2F2 = SiF4 + О2. Скло дуже повільно реагує із фтором; у присутності води реакція йде швидко. Вода взаємодіє із фтором: 2Н2О + 2F2 = 4HF + О2; при цьому утворюється також OF2 і перекис водню Н2О2. Окиси азоту NO і NО2 легко приєднують фтор з утворенням фтористого ніт-розилу FNO і фтористого нітрилу FNО2. Окис вуглецю приєднує фтор при нагріванні з утворенням фтористого карбонілу: + F2 = COF2.

Гідроокису металів реагують з фтором, утворюючи фторид металу і кисень, наприклад 2(ОН)2 + 2F2 = 2F2 + 2Н2О + О2. Водні розчини NaOH і КОН реагують з фтором при О °З утворенням OF2.

Галогеніди металів або неметалів взаємодіють із фтором на холоді, причому фтор замішає всі галогени.

Легко фторуються сульфіди, нітриди та карбіди. Гідриди металів утворюють з фтором на холоді фторид металу та HF; аміак (у парах) — N2 та HF. Фтор заміщує водень у кислотах або металах у їх солях, наприклад НNО3 (або NaNO3) + F2 ® FNO3 + HF (або NaF); у більш жорстких умовах фтор витісняє кисень із цих сполук, утворюючи сульфурилфторид. Карбонати лужних та лужноземельних металів реагують з фтором при звичайній температурі; при цьому виходять відповідний фторид, СО2 та О2.

Фтор активно реагує з органічними речовинами.

Отримання.

Джерелом для виробництва фтору служить фтористий водень, що виходить переважно або при дії сірчаної кислоти H2SO4 на флюорит CaF2, або при переробці апатитів і фосфоритів. Виробництво фтору здійснюється електролізом розплаву кислого фториду калію, який утворюється при насиченні розплаву KF HF фтористим воднем до вмісту 40-41% HF. Матеріалом для електролізера зазвичай є сталь; електроди — вугільний анод та сталевий катод. Електроліз ведеться при 95-100 ° С і напрузі 9-11; вихід фтору струмом досягає 90-95%. Фтор, що виходить, містить до 5% HF, який видаляється виморожуванням з подальшим поглинанням фторидом натрію. Фтор зберігають у газоподібному стані (під тиском) та в рідкому вигляді (при охолодженні рідким азотом) в апаратах з нікелю та сплавів на його основі, з міді, алюмінію та його сплавів, латуні нержавіючої сталі.

Застосування.

Газоподібний фтор служить для фторування UF4 UF6, застосовуваного для ізотопів поділу урану, а також для отримання трьох-фтористого хлору СlF3 (фторуючий агент), шестифтористої сірки SF6 (газоподібний ізолятор в електротехнічній промисловості), фторидів металів (наприклад, W і V). Рідкий фтор – окислювач ракетних палив.

Широке застосування отримали численні сполуки фтору — фтористий водень, алюмінію фторіс), кремніє-фториди, фторсульфонова кислота (розчинник, каталізатор, реагент для отримання органічних сполук, що містять групу — SO2F), ВF3 (каталізатор), фторорганічні сполуки та ін.

Техніка безпеки

Фтор токсичний, гранично допустима концентрація його повітря приблизно 2*10-4 мг/л, а гранично допустима концентрація при експозиції трохи більше 1 год становить 1,5*10-3 мг/л.

Фтор у організмі.

Фтор постійно входить до складу тварин та рослинних тканин; мікроелементів. У вигляді неорганічних сполук міститься головним чином кістках тварин і людини — 100-300 мг/кг; особливо багато фтору в зубах. Кістки морських тварин багатші на фтор порівняно з кістками наземних. Надходить до організму тварин і людини переважно з питною водою, оптимальне вміст фтору в якій 1-1,5 мг/л. При нестачі фтору у людини розвивається карієс зубів, при підвищеному надходженні – флюороз. Високі концентрації іонів фтору небезпечні зважаючи на їх здатність до інгібування ряду ферментативних реакцій, а також до зв’язування важливих у біологічному відношенні елементів (Р, Са, Мg та ін), що порушує їх баланс в організмі. Органічні похідні фтору виявлені тільки в деяких рослинах (наприклад, південноафриканському Dicha petalum cymosum). Основні з них — похідні фтороцтової кислоти, токсичні як інших рослин, так тварин. Біологічна роль вивчена недостатньо. Встановлено зв’язок обміну фтору з утворенням кісткової тканини скелета та особливо зубів. Необхідність фтору рослин не доведена.

Отруєння фтором можливі у працюючих у хімічній промисловості, при синтезі фторосодержащих сполук та виробництві фосфорних добрив. Фтор подразнює дихальні шляхи, спричиняє опіки шкіри. При гострому отруєнні виникають подразнення слизових оболонок гортані та бронхів, очей, слинотеча, носові кровотечі; у важких випадках — набряк легень, ураження центр, нервової системи та ін; при хронічному – кон’юнктивіт, бронхіт, пневмонія, пневмо-склероз, флюороз. Характерно ураження шкіри типу екземи. Перша допомога: промивання очей водою, при опіках шкіри — зрошення 70%-ним спиртом; при інгаляційному отруєнні – вдихання кисню. Профілактика: дотримання правил техніки безпеки, носіння спеціального одягу, регулярні медичні огляди, включення до харчового раціону кальцію, вітамінів.

Препарати, що містять фтор, застосовують у медичній практиці як протипухлинні (5-фторурацил, фторафур, фтор-бензотеф), нейролептичні (трифлу-перидол, або триседил, фторфеназин, трифтазин та ін.), антидепресивні (фторацизин), наркотичні (фторотан) та інших засобів.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *