Фтор валентність, хімічні властивості, характеристики
Де знаходиться в таблиці Менделєєва фтор? Валентність даного елемента дорівнює одному, отже він є типовим представником сьомої групи головної підгрупи. Дамо коротку характеристику цього неметалу, виявимо його основні фізичні та хімічні властивості.
Сторінки історії
Розглянемо будову атома фтору, але спочатку зупинимося на його відкриття. На початку шістнадцятого століття німецький лікар та мінералог Григорій Агрікола описав мінерал, у складі якого містився фтор. Валентність елемента тоді ще була відома, тому важко було передбачити його основні властивості.
Наприкінці вісімнадцятого століття шведському хіміку Карлу Шееле вдалося синтезувати при нагріванні в скляній посудині концентрованої сірчаної кислоти та плавикового шпату фтороводородну сполуку. Отримана вченим речовина не вступала у взаємодію Космосу з металами, тому Шееле зробив висновок про незначну хімічну активність плавикової кислоти.
У безводному вигляді вона була отримана лише на початку дев'ятнадцятого століття, але нікому не вдавалося виділити з'єднання чистий фтор. Валентність цього неметалу тривалий час залишалася для хіміків справжньою загадкою.
Тільки в 1886 Муассану вдалося шляхом електролізу водного розчину гідрофториду кальцію виділити чистий фтор. Валентність неметалу він так і не визначив, але за своє дослідження був удостоєний Нобелівської премії в галузі хімії (1906).
Через токсичні властивості, виявлені у даного хімічного елемента, його вивчення було досить тривалим. Лише після Другої світової війни фтор почали одержувати шляхом промислової переробки фторидів.
Знаходження у природі
Молекула фторуне зустрічається у природі в чистому вигляді. Серед найпоширеніших сполук фтору відзначимо плавиковий шпат. Саме флюорит протягом кількох століть застосовували як очищувальний компонент у металургійному виробництві. Дослідникам вдалося визначити, що мінерал, що використовується для виділення фтору, має властивість флуоресценції, тобто здатність давати синюватий колір при додатковому освітленні.
Формула фтору було визначено значно пізніше, причиною стала його незначна поширеність у земній корі (не більше 0,065 відсотка). Як основні сполуки можна розглянути топаз, кріоліт, а також лепідоліт.
Особливості властивостей
Цей неметал за звичайних умов є блідо-жовтим газом, що має подразнюючий запах. Вдихання фтору є небезпечним для людини, тому так довго не було достовірної інформації про фізичні характеристики цього галогену. У ході досліджень було виявлено один стабільний ізотоп цього елемента, що має вигляд фтор-19. Специфічна будова атома фтору пояснює його здатність розміщувати навколо атома стійкі комплекси. Наприклад, виявлені гексафторсилікати та гексафтоалюмінати, причому фтор виявляє свої сильні окисні властивості.
У жодного іншого неметала, що у таблиці Менделєєва, немає такої здатності до утворення аніонів. Саме тому фтор не зустрічається в природі в чистому вигляді. Тільки наприкінці ХХ століття американському хіміку Карлу Крайсту вдалося здійснити отримання фтору. Для цього він провів електроліз розчину пентафториду сурми.
Хімічні властивості фтору ґрунтуються на його здатності до приєднання електрона з інших елементів. Маючи на зовнішньому рівні сім валентних електронів, він виявляє ступінь окислення-1.
Основні хімічні властивості фтору можна пояснити особливостями його атома. Цей елемент не має вільної d-орбіталі, як у хлору, тому для нього не характерні позитивні значення ступенів окислення.
Завдяки високій окислювальної здатності даного елемента, він утворює сполуки, нехарактерні для інших галогенідів: трифторид кобальту, дифторид срібла, гептафторид ренію, гептафторид йоду.
Типові сполуки
Переважна більшість фтору перебуває у вигляді різних сполук, мають практичного значення. Наприклад, фторвуглецеві олії вважають оптимальними мастильними матеріалами. Фтор легко вступає у взаємодію Космосу з деревом, гумою, тканинами, що знайшло застосування у фторуванні органічних речовин. При цьому важливо бути обережним, щоб не відчути на собі токсичної дії даного елемента.
Виробництво
Отримання фтору ґрунтується на переробці плавикового шпату. Виготовлення фтороводню супроводжується перегонкою порошкоподібного флюориту з концентрованою сірчаною кислотою. Цей процес здійснюється в чавунному або свинцевому апараті. Після перегонки утворюється сульфат кальцію, що не здатний розчинятися у фтороводороді. Для отримання HF використовують фракційну перегонку у сталевих або мідних судинах. Фтороводород зберігають у сталевих ємностях.
Як основні домішки, що містяться в даному з'єднанні, відзначимо сірчану, сірчисту і кремнефторістоводневу кислоту. Вони утворюються через наявність кремнезему в плавиковому шпаті. Для видалення реакційної суміші слідів вологи проводять електроліз на платинових електродах. Готова формула фтору зберігається над сильною кислотою Льюїса, здатної утворювати солі.
Затребуваність HF
Фтористийводень затребуваний у виробництві різних органічних та неорганічних сполук фтору. Наприклад, з його допомогою утворюється Na3AlF6, що використовується як електроліт у процесі виплавки алюмінію. Плавікова кислота, що є розчином HF, у великих кількостях потрібна для очищення металів та полірування. Вона надає склу матовий колір, необхідна для травлення.
Чистий фтор можна розміщувати у сталевих балонах під тиском лише в тому випадку, якщо на клапанах немає органічних речовин.
Розглянутий хімічний елемент застосовують під час виробництва різних фторидів, наприклад, трифториду кобальту, гексафториду сірки. Саме ці сполуки є потрібними фторуючими агентами органічних речовин. Гексафторид сірки знайшов застосування як газоподібний діелектрик.
Елементарний фтор у суміші з азотом здатний реагувати з вуглеводнями. Як продукт реакції утворюється певний фтороуглерод, де водень повною мірою або частково заміщений галогеном. З'єднання, що утворюються, відрізняються високою стабільністю, відмінним електричним опором, а також хімічною інертністю.
Особливості фторування
Здійснити цей процес можна за допомогою обробки органічної сполуки трифторидом кобальту, а також шляхом електролізу його водного розчину. Тефлон, добре знайомий українським господиням, відомий у хімії як політетрафторетилен, що отримується при галогенуванні ненасичених вуглеводнів.
У кондиціонерах та холодильниках використовують спеціальний холодоагент (дихлордифтометан). У зв'язку з тим, що подібні реагенти негативно впливали на атмосферу, сприяли виснаженню озонового шару, поступово їх виробництво було обмежене. Нині їх замінилихолодоагенти, які у своєму складі мають гідрофторвуглеці.
Висновок
Фтор виявляє найсильніші окисні властивості із усіх представників підгрупи галогенів. Він має невеликий радіус атома, отже, набагато простіше приймати один електрон, тому фтор використовують для отримання фторидів.
Наприклад, гексафторид урану застосовують при газовому дифузному процесі виділення урану-235 з 238, що характерно для виробництва ядерного палива. Трифторид бору та фтороводород виробляють у великих обсягах, оскільки ці компоненти є відмінними каталізаторами для алкілування, вони потрібні у виробництві органічних сполук. Наприклад, при додаванні в питну воду фториду натрію, можна знизити захворюваність на карієс.
Завдяки сучасним методам якісного та кількісного аналізу, що широко застосовуються в аналітичній хімії, стало можливим використання різноманітних сполук фтору. Саме цей представник підгрупи галогенів є одним із найбільш затребуваних елементів в органічній та неорганічній хімії.