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.

Что такое Фтор

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.

Строение атома фтора

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.

Физические свойства фтора

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.

Химические свойства фтора

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.

Применение фтора

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.

Фтор в природе

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:

  1. https://himiya.okis.ru/009.html
  2. https://chem.ru/ftor.html
  3. https://himya.ru/galogeny.html
  4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Фтор
  5. https://biobloger.ru/ftor.html
  6. https://zen.yandex.ru/media/istin_om/ftor—element-otniavshii-jizni-mnogih-issledovatelei-5d273ca7fe289100ac7ef351
Помогла статья? Оцените её
ЛайкДизлайк
Загрузка...

Отзывы и комментарии

Добавить комментарий

Adblock
detector