История открытия фтора и его роль в природе
Фтор (группа галогенов) – химически активный неметалл, который при нормальный условиях представляет собой двухатомный газ. Присутствует в морской и речной воде, в грунте, в флюорите (камне, светящемся при нагревании). Двухатомный химический элемент плавится при низкой температуре, но отличается повышенной окислительной активностью.
История открытия
Продолжительное время старания выделить химический элемент приводили к трагедии. Агрессивный галоген забрал здоровье у французских исследователей Гей-Люссака и Луи Тенара, лишил жизни британского изобретателя Дэви Гемфри, бельгийского ученого Лайета. Пытаясь получить из соединений чистый фтор, погибли Томас и Джордж Нокс.
Плавиковую кислоту в конце XVIII столетия удалось синтезировать шведскому фармацевту Шееле, открывшему кислород. Спустя век Джордж Горн сумел выделить небольшое количество фтора, но вещество мгновенного взорвалось. Химик определил, что элемент разрушает и металлы, и уголь, но уменьшить его активность помогает снижение температуры.
Взяв за основу открытия предшественников, Анри Муассан создал V-образное электролизное устройство из платины. Хотя делать аппарат нужно было из меди, поскольку недорогой металл уменьшает воздействие агрессивного вещества. Плавиковую кислоту французский химик соединил с кристаллами гидродифторида калия, и использовал смесь в качества электролита.
Муассон погрузил аппарат в хлористый этил и снизил температуру в устройстве до -23°С. Фтор собирался в медные трубки. Пробки из плавикового шпата, которыми изолировались электроды, предотвращали возникновение реакции токсического элемента с другими веществами.
После заявления химика о получении фтора, Академия наук направила ученых на проверку изобретения, но аппарат при них начал барахлить. Не привела к успеху вторая попытку запустить электролиз.
Лишь на третий раз Муассон понял причину неудачи. Добавив в устройство фтористый калий и пропустив ток, химик получил свободный элемент, который до 1886 г. не удалось выделить никому. Спустя 20 лет за свое открытие он был награжден Нобелевской премией, а через 2 месяца покинул мир.
В 1925 году процесс электролиза усовершенствовали, поменяли металлы, используемые в качестве анода и катода.
Фтор в таблице Менделеева
Желтоватый ядовитый газ, название которого произошло от греческого слова, что переводится как «разрушение», в периодической системе располагается в 17 группе, во втором ряду и под 9 порядковым номером.
Галогены, включая фтор, выполняют функции окислителей. Активность элементов, представляющих группу, повышается с увеличением порядкового числа. Этот показатель самый высокий у фтора, под действием которого при 20-30°С воспламеняются металлы, сгорает водяной пар.
При нагревании газ, что в природе доступен в форме солей, разрушает медь и никель. При низких температурах фтор, вступая в реакцию с йодом, бором, углеродом и другими химическими элементами, которые не относятся к металлам, образует соединения, выделяющие тепло и вызывающие воспламенение или взрыв.
Строение атома фтора
Хотя история открытия вещества, выделенного в чистом виде Анри Муассаном, начиналась с XVI столетия, а плавиковая кислота продолжительное время применялась при протравливании стекла, строение фтора еще долго оставалось неизвестным.
У атома электроотрицательного химического элемента F, имеющего, как и другие галогены 2 оболочки, во внешнем энергетическом уровне присутствует один неспаренный электрон и 6 спаренных. Схема образования фтора изображается формулой F (+9) = 1s22s22p5.
При взаимодействии галогена, валентность которого равна единице, а степень окисления (-1), атом преобразуется в ион, заряженный отрицательно.
Физические свойства
В незначительной концентрации фтор присутствует в воздухе в форме газа. Отличается специфическим резким запахом. Химический элемент:
- закипает при -188°С;
- начинает плавиться при -219°С;
- при уменьшении температуры до -220°С и ниже превращается в бледно-желтые кристаллы.
В отличие от других представителей группы, у фтора отсутствуют полуторные связи.
При атмосферном давлении химический элемент образует 2 вида молекулярных модификаций. При температуре менее 45,6° по Кельвину формируются мутноватые кристаллы α-фтора с решеткой моноклинной сингонии.
В промежутке от 45,6°К до начала плавления образуется твердый β-фтор, который отличается от первой модификации меньшей плотностью, примитивной решеткой прозрачных кристаллов.
Химические свойства
Легкий и агрессивный галоген не реагирует с фторидами и многими фторопластами. Взаимодействует с большинством элементов из таблицы Менделеева. Обычно этот процесс сопровождается возгоранием или взрывом.
Химическое вещество не образует соединений с:
- аргоном;
- неоном;
- гелием;
- тетрафторметаном.
Проявляют устойчивость к окислителю металлы, на поверхности которых формируется пленка, блокирующая реакцию с галогеном. Взаимодействие фтора и водорода в емкости из кварца заканчивается взрывом даже при минус 253°С.
При комнатной температуре агрессивный элемент из 17 группы не оказывает влияния на:
- диоксид азота;
- сухой сернокислый калий;
- углекислоту.
Только при получении атомов искусственным путем фтор способен изменить отрицательную степень окисления на положительный показатель.
Фтор в природе
В космическом пространстве ядовитый газ присутствует в концентрации, что намного меньше, чем у других представителей группы, в которую элемент входит. В виде соединений галоген есть в воде, почве, где образовался при извержении вулканов.
Содержание фтора было обнаружено в:
- топазе;
- криолите;
- плавиковом шпате.
Добывают химический элемент из флюорита. Количество месторождений камня, из которого в античном периоде вытачивали вазы, делали талисманы, исчисляются тысячами, но больше всего запасов светящегося минерала обнаружено в Центральной Америке и Китае.
Выявлен фтор также в:
- дикорастущих травах;
- бобовых культурах;
- головках и листьях лука;
- организме человека.
Получают химический элемент, как и прежде, путем электролиза, но вместо драгоценных самоцветов, проводящих ток, используют медь, графит, сталь. Замена платины распространенными металлами способствовала удешевлению производственного процесса.
Применение
С помощью фтора создают на стекле уникальные узоры. Наносить рисунки из смеси плавикового шпата и серной кислоты художник из Нюрнберга начал 350 лет назад, даже не догадываясь, что краска получается в результате реакции обоих компонентов.
Фтор, добываемый из руды, содержащей флюорит, применяется в:
- металлургии;
- ядерной промышленности;
- энергетике.
Используя химический элемент:
- добывают уран;
- создают ракетное топливо;
- получают чугун;
- выпускают препараты для лечения эндокринных болезней, рака, ревматизма, бактериальных инфекций.
Дефицит фтора в организме дает о себе знать:
- разрушением зубов;
- выпадением волос;
- ослаблением костей.
Химический элемент выводит токсины, препятствует развитию кариеса и остеопороза, но избыток вещества еще опаснее, чем нехватка. В организм галоген попадает с водой, продуктами питания, зубной пастой.
Фтор не всегда применялся на благо человечества. Химический элемент и его соединения использовались в качестве зажигательных средств, отравляющих веществ, в производстве ядерного оружия.
При разложении продуктов, содержащих фтор, ионы вещества попадают в атмосферу, разрушая тем самым озоновый слой. Это спровоцировало глобальное потепление, что теперь чревато экологической катастрофой.
Исследование фтора и работа с ним часто приводила к тяжелым болезням, смерти. Но без открытия этого элемента человечество не достигло бы успехов в развитии разных отраслей промышленности. Что вам еще известно о применении галогена, попытки получить который продолжительное время заканчивались трагедией? Напишите в комментариях. Поделитесь статьей в социальных сетях и сохраните ее в закладках, чтобы не потерять полезную информацию.
Рекомендуем к просмотру документальный фильм про фтор.
Источники:
- https://himiya.okis.ru/009.html
- https://chem.ru/ftor.html
- https://himya.ru/galogeny.html
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Фтор
- https://biobloger.ru/ftor.html
- https://zen.yandex.ru/media/istin_om/ftor—element-otniavshii-jizni-mnogih-issledovatelei-5d273ca7fe289100ac7ef351
Отзывы и комментарии