Самый активный, самый электроотрицательный, самый реакционно-способный, самый агрессивный элемент, самый-самый неметалл. Самый, самый, самый... Это слово или его синонимы нам придется повторять очень часто.

Ведь речь идет о фторе.

На полюсе периодической системы

Фтор – элемент из семейства галогенов, в которое входят также хлор, бром, йод и искусственно полученный радиоактивный астат. Фтору свойственны все особенности собратьев по подгруппе, однако он подобен человеку без чувства меры: все увеличено до крайности, до предела. Это объясняется прежде всего положением элемента №9 в периодической системе и его электронной структурой. Его место в таблице Менделеева – «полюс неметаллических свойств», правый верхний угол. Атомная модель фтора: заряд ядра 9+, два электрона расположены на внутренней оболочке, семь – на внешней. Каждый атом всегда стремится к устойчивому состоянию. Для этого ему нужно заполнить внешний электронный слой. Атом фтора в этом смысле – не исключение. Захвачен восьмой электрон, и цель достигнута – образован ион фтора с «насыщенной» внешней оболочкой.

Число присоединенных электронов показывает, что степень окисления фтора равна –1; в отличие от прочих галогенов фтор не может проявлять положительную степень окисления.

Стремление к заполнению внешнего электронного слоя до восьмиэлектронной конфигурации у фтора исключительно велико. Поэтому он обладает необычайной реакционной способностью и образует соединения почти со всеми элементами. До 50-х годов ХХ века, большинство химиков считало, и на то были основания, что благородные газы не могут образовывать истинные химические соединения. Однако вскоре три из шести элементов «затворников» не смогли устоять перед натиском удивительно агрессивного фтора. Начиная с 1962 г. получены фториды, а через них – и другие соединения криптона, ксенона и радона.

Удержать фтор от реакции очень трудно, но зачастую не легче вырвать его атомы из соединений. Здесь играет роль еще один фактор – очень малые размеры атома и иона фтора. Они примерно в полтора раза меньше, чем у хлора, и вдвое меньше, чем у йода.

Влияние размера атома галогена на устойчивость галогенидов легко проследить на примере галоидных соединений молибдена (табл. 1).

Таблица 1

Очевидно, что чем больше размеры атомов галогена, тем меньше их размещается вокруг атома молибдена. Максимально возможная степень окисления молибдена реализуется только в соединении с атомами фтора, малый размер которых позволяет «упаковать» молекулу наиболее плотно.

Атомы фтора обладают очень высокой электроотрицательностью, т.е. способностью притягивать электроны; при взаимодействии с кислородом фтор образует соединения, в которых кислород заряжен положительно. Горячая вода сгорает в струе фтора с образованием кислорода.

Ваш браузер не поддерживает JWPlayer

Не правда ли, исключительный случай? Кислород оказался вдруг не причиной, а следствием горения.

Не только вода, но и другие обычно негорючие материалы, такие, как асбест, кирпич, многие металлы, загораются в струе фтора. Бром, йод, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, сурьма, кремний, древесный уголь самовоспламеняются во фторе уже при обычной температуре, а при небольшом нагревании та же участь постигает и благородные платиновые металлы, известные своей химической пассивностью.

Поэтому не удивительно само название фтора. В переводе с греческого это слово означает «разрушающий».

Фтор или флюор?

Фтор – разрушающий – удивительно подходящее название. Однако за рубежом более распространено другое имя элемента №9 – флюор, что в переводе с латинского означает «текучий».

Это название больше подходит не к фтору, а к некоторым его соединениям и берет свое начало от флюорита или плавикового шпата – первого соединения фтора, использованного человеком. По-видимому, еще в древности люди знали о способности этого минерала снижать температуру плавления руд и металлургических шлаков, но, естественно, не знали его состава. Флюором назвали главную составную часть этого минерала, еще неизвестный элемент.

Это название настолько укоренилось в умах ученых, что логически оправданное предложение о переименовании элемента, выдвинутое в 1816 г. не нашло поддержки. А ведь в эти годы шли усиленные поиски флюора, уже было накоплено немало экспериментальных данных, подтверждавших разрушительные способности флюора и его соединений. Да и авторами предложения были не кто-нибудь, а крупнейшие ученые того времени Андрэ Ампер и Хэмфри Дэви. И все-таки фтор оставался флюором.

Жертвы? – Нет, герои

Первое упоминание о флюоре и флюорите относится к XV в.

В начале XVIII в. была открыта плавиковая кислота – водный раствор фтористого водорода, а в 1780 г. известный шведский химик Карл Вильгельм Шееле впервые высказал мысль, что в этой кислоте содержится новый активный элемент. Однако чтобы подтвердить догадку Шееле и выделить фтор (или флюор), химикам потребовалось больше 100 лет, целый век упорной работы многих ученых из разных стран.

Фтор очень токсичен, работа с ним и его соединениями требует большой осторожности и продуманных мер защиты. Первооткрыватели фтора могли об этом только догадываться, да и то не всегда. Поэтому история открытия фтора связана с именами многих героев науки. Английские химики братья Томас и Георг Нокс пытались получить фтор из фторидов серебра и свинца. Опыты окончились трагически: Георг Нокс стал инвалидом, Томас погиб. Та же участь постигла Д. Никлеса и П. Лайета. Выдающийся химик XIX в. Хэмфри Дэви, создатель водородной теории кислот, человек, впервые получивший натрий, калий, магний, кальций, стронций и барий, доказавший элементарность хлора, не смог решить проблемы получения всеразрушающего элемента. В ходе этих опытов он отравился и тяжело заболел. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар потеряли здоровье, так и не добившись сколько-нибудь обнадеживающих результатов.

Более удачливыми оказались А. Лавуазье, М. Фарадей, Э. Фреми. Их фтор «пощадил», но и они не добились успеха.

В 1834 г. Фарадею показалось, что ему, наконец, удалось получить неуловимый газ. Но вскоре он вынужден был признать: «Я не смог получить фтор. Мои предположения, подвергаясь строгому анализу, отпадали одно за другим...» В течение 50 (!) лет этот гигант науки пытался решить проблему получения фтора, но так и не смог одолеть ее...

Неудачи преследовали ученых, однако уверенность в существовании и возможности выделения фтора крепла с каждым новым опытом. Она основывалась на многочисленных аналогиях в поведении и свойствах соединений фтора с соединениями уже известных галогенов – хлора, брома и йода.

Были на этом пути и удачи. Фреми, пытаясь с помощью электролиза извлечь фтор из фторидов, нашел способ получения безводного фтористого водорода. Каждый опыт, даже неудачный, пополнял копилку знаний об удивительном элементе и приближал день его открытия. И этот день настал.

26 июня 1886 г. французский химик Анри Муассан подверг электролизу безводный фтористый водород. При температуре – 23°C он получил на аноде новое, чрезвычайно реакционноспособное газообразное вещество. Муассану удалось собрать несколько пузырьков газа. Это был фтор!

О своем открытии Муассан сообщил Парижской академии. Моментально была создана комиссия, которая через несколько дней должна была прибыть в лабораторию Муассана, чтобы увидеть все своими глазами.

Муассан тщательно подготовился к проведению повторного эксперимента. Он подверг исходный фтористый водород дополнительной очистке, и... высокопоставленная комиссия не увидела фтора. Опыт не воспроизводился, электролиза с выделением фтора не наблюдалось! Скандал?!

Но Муассану удалось найти причину. Оказалось, что лишь небольшие количества фтористого калия, содержащегося во фтористом водороде, делают его проводником электричества. Применение в первом опыте фтористого водорода без дополнительной очистки обеспечило успех: были примеси – шел электролиз. Тщательная подготовка второго опыта стала причиной неудачи.

И все-таки удача определенно сопутствовала Муассану. Вскоре ему удалось найти недорогой и надежный материал для аппаратов, в которых получается фтор. Эта проблема была не менее сложной, чем получение неподатливого элемента. Фтористый водород и фтор разрушали любую аппаратуру. Еще Дэви испытывал сосуды из кристаллической серы, угля, серебра и платины, но все эти материалы разрушались в процессе электролиза соединений фтора.

Первые граммы фтора Муассан получил в платиновом электролизере с электродами из иридиево-платинового сплава. Несмотря на низкую температуру, при которой проводился опыт, каждый грамм фтора «уничтожал» 5...6 г платины.

Платиновый сосуд Муассан заменил медным. Конечно, и медь подвержена действию фтора, но как алюминий защищается от воздуха окисной пленкой, так и медь «укрывалась» от фтора за пленкой непреодолимого для него фторида меди.

Электролиз до сих пор остается практически единственным методом получения фтора. С 1919 г. в качестве электролита используются расплавы бифторидов. Материалы современных электролизеров и электродов – это медь, никель, сталь, графит. Все это во много раз удешевило производство элемента №9 и дало возможность получать его в промышленных масштабах. Однако принцип получения фтора остался тем же, что предлагали Дэви и Фарадей и впервые осуществил Муассан.

Фтор и многие его соединения представляют не только большой теоретический интерес, но и находят широкое практическое применение. Соединений фтора очень много, использование их настолько многосторонне и обширно, что для рассказа обо всем интересном, что связано с этим элементом, не хватило бы и 100 страниц. Поэтому в нашем рассказе вы встретите только самые интересные фтористые соединения, прочно вошедшие в нашу промышленность, в нашу жизнь, в наш быт и даже в наше искусство – соединения, без которых (это можно сказать без преувеличения) немыслим прогресс.

Гидрид фтора и... вода

Что общего может быть у всеразрушающего фтора и «мирной» привычной воды? Казалось бы – ничего. Но поостережемся поспешных выводов. Ведь воду можно рассматривать как гидрид кислорода, а плавиковая кислота HF – не что иное, как гидрид фтора. Итак, мы имеем дело с ближайшими химическими «родственниками» – гидридами двух сильных окислителей.

Известны гидриды всех галогенов. Их свойства изменяются закономерно, однако фтористый водород во многом ближе к воде, нежели к другим галоидоводородам. Сравните диэлектрические постоянные: для HF иН 2 О они очень близки (83,5 и 80), в то время как для гидридов брома, йода и хлора эта характеристика значительно ниже (всего 2,9...4,6). Температура кипенияHF +19°C, тогда какHI ,HBr иНСl переходят в газообразное состояние уже при минусовых температурах.

Одно из природных соединений фтора – минерал криолит – называют нетающим льдом. Действительно, огромные кристаллы криолита очень похожи на ледяные глыбы.

Нюрнбергский художник Швангард еще в 1670 г. смешивал плавиковый шпат с серной кислотой и этой смесью наносил рисунки на стекло. Швангард не знал, что компоненты его смеси реагируют между собой, а «рисует» продукт реакции. Это не помешало внедрению открытия Швангарда. Пользуются им и в наши дни. На стеклянный сосуд наносится тонкий слой парафина. Художник рисует по этому слою, а затем опускает сосуд в раствор плавиковой кислоты. В тех местах, где неуязвимая для фтористого водорода парафиновая «броня» снята, кислота разъедает стекло, и рисунок навсегда запечатлевается на нем. Это старейшее применение фтористого водорода, но отнюдь не единственное.

Достаточно сказать, что менее чем через 20 лет после создания первых промышленных установок для получения фтористого водорода его годовое производство в США достигло 125 тыс. т.

Стекольная, пищевая, нефтяная, атомная, металлургическая, химическая, авиационная, бумажная – вот далеко не полный перечень тех отраслей промышленности, где фтористый водород находит самое широкое применение.

Фтористый водород способен изменять скорость многих реакций и используется в качестве катализатора самых разнообразных химических превращений.

Одна из основных тенденций современной химии – проведение реакций в неводных средах. Наиболее интересным и уже широко применяющимся неводным растворителем стал фтористый водород.

Фтористый водород – очень агрессивный и опасный реагент, но он незаменим во многих отраслях современной индустрии. Поэтому приемы обращения с ним настолько усовершенствованы, что для грамотного химика наших дней фтористый водород стал почти так же безопасен, как для обитателей неведомой фторной планеты.

Фтор и металлургия

Алюминий – наиболее распространенный металл земной коры, запасы его огромны, однако производство алюминия начало развиваться лишь в конце XIX века. Кислородные соединения алюминия очень прочны, и восстановление их углем не дает чистого металла. А для получения алюминия методом электролиза требуются его галоидные соединения и прежде всего криолит, содержащий и алюминий и фтор. Но криолита в природе мало, кроме того, в нем низко содержание «крылатого металла» – всего 13%. Это почти в три раза меньше, чем в бокситах. Переработка бокситов затруднена, но, к счастью, они способны растворяться в криолите. При этом получается низкоплавкий и богатый алюминием расплав. Его электролиз – единственный промышленный способ получения алюминия. Нехватка природного криолита компенсируется искусственным, который в огромных количествах получают при помощи фтористого водорода.

Таким образом, достижения в развитии алюминиевой промышленности и в самолетостроении в значительной степени – следствие успехов химии фтора и его соединений.

Несколько слов о фторорганике

В 30-х годах XX века были синтезированы первые соединения фтора с углеродом. В природе подобные вещества встречаются исключительно редко, и никаких особых достоинств за ними не замечалось.

Однако развитие многих отраслей современной техники и их потребности в новых материалах привели к тому, что существуют уже тысячи органических соединений, в состав которых входит фтор. Достаточно вспомнить о фреонах – важнейших материалах холодильной техники, о фторопласте-4, который по праву называют пластмассовой платиной.

Фтор и жизнь

Казалось бы, такое словосочетание не совсем правомерно. «Характер» у элемента №9 весьма агрессивный; его история напоминает детективный роман, где что ни страница, то отравление или убийство. К тому же и сам фтор, и многие его соединения использовались для производства оружия массового уничтожения: во второй мировой войне трифторид хлора немцы применяли как зажигательное средство; несколько фторсодержащих соединений рассматривались в США, Англии и Германии как секретные отравляющие вещества и производились в полузаводских масштабах. Не секрет, что без фтора вряд ли удалось бы получить атомное оружие.

Работа с фтором опасна: малейшая неосторожность – и у человека разрушаются зубы, обезображиваются ногти, повышается хрупкость костей, кровеносные сосуды теряют эластичность и становятся ломкими. В результате – тяжелая болезнь или смерть.

И все-таки заголовок «Фтор и жизнь» оправдан. Впервые это доказал... слон. Обычный, правда ископаемый, слон, найденный в окрестностях Рима. В его зубах случайно был обнаружен фтор. Это открытие побудило ученых провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных. Было установлено, что в состав зубов входит до 0,02% фтора, который поступает в организм с питьевой водой. Обычно в тонне воды содержится до 0,2 мг фтора. Нехватка фтора приводит к гниению зубов – кариесу.

Искусственное добавление фтора к воде в тех местах, где обнаруживается его недостаток, приводит к устранению новых случаев заболевания и уменьшению кариеса у больных людей. Тут же оговоримся – большой избыток фтора в воде вызывает острое заболевание – флюороз (пятнистая эмаль). Извечная дилемма медицины: большие дозы – яд, малые – лекарство.

Во многих местах построены установки для искусственного фторирования воды.

Особенно эффективен этот способ профилактики кариеса у детей. Поэтому в некоторых странах соединения фтора (в исключительно малых дозах) добавляют в... молоко.

Существует предположение о том, что фтор необходим для развития живой клетки и что он входит вместе с фосфором в состав животных и растительных тканей.

Фтор находит широкое применение при синтезе различных медицинских препаратов. Фторорганические соединения успешно применяются для лечения болезней щитовидной железы, особенно базедовой болезни, хронических форм диабета, бронхиальных и ревматических заболеваний, глаукомы и рака. Они также пригодны для профилактики и лечения малярии и служат хорошим средством против стрептококковых и стафилококковых инфекций. Некоторые фторорганические препараты – надежные обезболивающие средства.

Фтор и смерть? Можно и нужно работать и в этой области, но для того, чтобы получать не смертоносные отравляющие вещества, а различные препараты для борьбы с грызунами и другими сельскохозяйственными вредителями. Такое применение находят, например, монофторуксусная кислота и фторацетат натрия.

И лед, и пламень

Как приятно бывает в жаркий летний день достать из холодильника бутылку ледяной минеральной воды...

В большинстве холодильников – и промышленных, и домашних – хладоагентом, веществом, создающим холод работает фторорганическая жидкость – фреон.

Фреоны получаются при замене атомов водорода в молекулах простейших органических соединений на фтор или фтор и хлор.

Таблица 2

Простейший углеводород – метанCH 4 . Если все атомы водорода в метане заменить на фтор, то образуется тетрафторметанCF 4 (фреон-14), а если фтором замещается только два атома водорода, а два другие – хлором, то получится дифтордихлорметанСF 2 Сl 2 (фреон-12). В табл. 2 приведены важнейшие характеристики нескольких подобных соединений.

Фреоны исключительно устойчивы, химически инертны. Здесь, как и в случае фторопластов, мы сталкиваемся с тем же удивительным явлением: с помощью наиболее активного элемента – фтора – удается получить химически очень пассивные вещества. Особенно устойчивы они к действию окислителей, и это не удивительно – ведь их атомы углерода находятся в высшей степени окисления. Поэтому фторуглероды (и, в частности, фреоны) не горят даже в атмосфере чистого кислорода. При сильном нагревании происходит деструкция – распад молекул, но не окисление их. Эти свойства позволяют применять фреоны еще в ряде случаев: их используют как пламегасители, инертные растворители, промежуточные продукты для получения пластмасс и смазочных материалов. Но, увы, фреоны разрушают озоновый слой планеты - и с этим приходиться считаться.

Сейчас известны тысячи фторорганических соединений различных типов. Многие из них применяются в важнейших отраслях современной техники.

Во фреонах фтор работает на «индустрию холода», но с его помощью можно получать и очень высокие температуры. Сравните эти цифры: температура кислородо-водородного пламени 2800°C, кислородо-ацетиленового 3500°C, при горении водорода во фторе развивается температура 3700°C. Эта реакция уже нашла практическое применение во фтористо-водородных горелках для резания металла. Кроме того, известны горелки, работающие на фторхлоридах (соединения фтора с хлором), а также на смеси трехфтористого азота и водорода. Последняя смесь особенно удобна, так как трехфтористый азот не вызывает коррозии аппаратуры. Естественно, во всех этих реакциях фтор и его соединения играют роль окислителя. Можно использовать их и в качестве окислителя в жидкостных реактивных двигателях. В пользу реакции с участием фтора и его соединений говорит многое. Развивается более высокая температура – значит, и давление в камере сгорания будет больше, возрастет тяга реактивного двигателя. Твердых продуктов горения в результате таких реакций не образуется – значит, опасность забивки сопел и разрыва двигателя в этом случае также не грозит.

Но у фтора, как составной части ракетного топлива, есть ряд крупных недостатков. Он очень токсичен, коррозионно-активен и имеет очень низкую температуру кипения. Сохранить его в виде жидкости труднее, чем другие газы. Поэтому более приемлемы здесь соединения фтора с кислородом и галогенами.

Некоторые из этих соединений по своим окислительным свойствам не уступают жидкому фтору, но имеют огромное преимущество; в обычных условиях это или жидкости, или же легко сжижаемые газы. Сравните их свойства, проанализировав данные табл. 3.

Таблица 3

Название соединения	Формула	Точка плавления, °C	Точка кипения, °C	Агрегатное состояние
Монофторид хлора	ClF	–155,6	–100,1	Газ
Трифторид хлора	СlF 3	–76,3	11,75	»
Монофторид брома	BrF	–33	20	Жидкость
Трифторид брома	BrF 3	8,8	127,6	»
Пентафторид брома	BrF 5	–61,3	40,5	»
Пентафторид йода	IF 5	9,43	100,5	»
Гептафторид йода	IF 7	Возг.	4,5	Газ
Окись фтора (дифтерит кислорода)	OF 2	–223,8	–144,8	»
Трифторид азота	NF 3	–208,5	–129,1	»
Перхлорил-фторид	FClO 3	–146	–46,8	»
Фтор	F 2	–227,6	–188,1	»

Среди фторгалоидных соединений наиболее удобны для использования в ракетном топливе трифторид хлора и пентафторид брома. Известно, например, что еще в 1956 г. в США трехфтористый хлор рассматривался как возможный окислитель реактивного горючего. Высокая химическая активность затрудняет применение подобных веществ. Однако эти затруднения не абсолютны и преодолимы.

Распространенность

В каждом литре морской воды 0,3 мг фтора. В раковинах устриц его в 20 раз больше.

В коралловых рифах заключены миллионы тонн фторидов. Среднее содержание фтора в живых организмах в 200 раз меньше, чем в земной коре.

Как выглядит фтор?

В обычных условиях фтор – бледно-желтый газ, при температуре –188°C – жидкость канареечно-желтого цвета, при –228°C фтор замерзает и превращается в светло-желтые кристаллы. Если температуру понизить до –252°C, эти кристаллы обесцветятся.

Как пахнет фтор?

Запахи хлора, брома и йода, как известно, трудно отнести к разряду приятных. В этом отношении фтор мало отличается от своих собратьев – галогенов. Его запах – резкий и раздражающий – напоминает одновременно запахи хлора и озона. Одной миллионной доли фтора в воздухе достаточно, чтобы человеческий нос уловил его присутствие.

В долине тысячи дымов

Газы вулканического происхождения иногда содержат фтористый водород. Наиболее известный природный источник таких газов – фумаролы Долины Тысячи Дымов (Аляска). Ежегодно с вулканическим дымом в атмосферу уносится около 200 тыс. т. фтористого водорода.

Свидетельствует Дэви

«Я предпринял эксперимент по электролизу чистой фтористоводородной кислоты с большим интересом, так как он давал наиболее вероятную возможность убедиться в действительной природе фтора. Но при осуществлении процесса встретились значительные трудности. Жидкая фтористоводородная кислота немедленно разрушала стекло и все животные и растительные вещества. Она действует на все тела, содержащие окиси металлов. Я не знаю ни одного вещества, которое бы не растворялось в ней, за исключением некоторых металлов, древесного угля, фосфора, серы и некоторых соединений хлора».

Фтор и атомная энергия

Роль фтора и его соединений в производстве ядерного горючего исключительна. Можно смело утверждать, что не будь фтора, в мире до сих пор не было бы ни одной атомной электростанции, а общее число исследовательских реакторов нетрудно было бы сосчитать на пальцах.

Общеизвестно, что ядерным горючим может служить не всякий уран, а лишь некоторые его изотопы, в первую очередь 235 U .

Нелегко разделять изотопы, отличающиеся один от другого только числом нейтронов в ядре, причем чем тяжелее элемент, тем меньше ощущается разница в весе. Разделение изотопов урана осложняется еще и тем, что почти все современные методы разделения рассчитаны на газообразные вещества или летучие жидкости.

Уран кипит при температуре около 3500°C. Из каких материалов пришлось бы изготовить колонны, центрифуги, диафрагмы для разделения изотопов, если бы пришлось работать с парами урана?! Исключительно летучее соединение урана – его гексафторидUF 6 . Он закипает при 56,2°C. Поэтому разделяют не металлический уран, а гексафториды урана-235 и урана-238. По химическим свойствам эти вещества, естественно, не отличаются друг от друга. Процесс разделения их идет на стремительно вращающихся центрифугах.

Разогнанные центробежной силой молекулы гексафторида урана проходят через мелкопористые перегородки: «легкие» молекулы, содержащие 235 U , проходят сквозь них чуть быстрее «тяжелых».

После разделения гексафторид урана превращают в тетрафторидUF 4 , а затем и в металлический уран.

Гексафторид урана получают в результате реакции взаимодействия урана с элементарным фтором, но эта реакция трудно управляема. Более удобно обрабатывать уран соединениями фтора с другими галогенами, напримерСlF 3 ,BrF иBrF 6 . Получение тетрафторида уранаUF 4 связано с использованием фтористого водорода. Известно, что в середине 60-х годов в США на производство урана затрачивалось почти 10% всего фтористого водорода – порядка 20 тыс. т.

Процессы производства таких важных для ядерной техники материалов, как торий, бериллий и цирконий, также включают в себя фазы получения фтористых соединений этих элементов.

Пластмассовая платина

Лев, пожирающий Солнце. Этот символ означал у алхимиков процесс растворения золота в царской водке – смеси азотной и соляной кислот. Все драгоценные металлы химически очень устойчивы. Золото не растворяется ни в кислотах (кроме селеновой), ни в щелочах. И только царская водка «пожирает» и золото и даже платину.

В конце 30-х годов ХХ века в арсенале химиков появилось вещество, против которого бессилен даже «лев». Не по зубам царской водке оказалась пластмасса – фторопласт-4, известная также под названием тефлон. Молекулы тефлона отличаются от полиэтиленовых тем, что все атомы водорода, окружающие главную цепь (... – С – С – С – ...), заменены фтором.

Фтор является самым легким членом семейства галогенов, элементов группы 17 (VIIA) периодической таблицы. К данной группе также относятся хлор, бром, йод и астат.

Краткая характеристика

9 электронов фтора образуют конфигурацию 1s 2 2s 2 2p 5 . В заполненной внутренней оболочке находятся 2 электрона и 7 - на внешней, что оставляет 1 свободное место.

Строение фтора делает его наиболее активным химическим элементом, реагирующим практически со всеми веществами. При высоких температурах и давлениях он даже вступает в реакцию с благородными газами, хотя обычно элементы группы 18 (VIIIA), также известные как инертные газы, не взаимодействуют с другими веществами.

Фтор был открыт в 1886 году французским химиком Анри Муассаном (1852-1907). Он собрал газ, пропуская электрический ток через фтористый водород (H 2 F 2).

О том, что такое фтор, потребители больше всего знают по двум его соединениям. Двухатомный газ используется для получения фторидов, соединений, которые с 1950-х гг. входят в состав зубных паст. Они эффективны в предотвращении кариеса, поэтому их даже добавляют в городские системы водоснабжения.

Другая группа соединений фтора - это хлорфторуглероды (ХФУ). В течение многих лет они были чрезвычайно популярны в качестве аэрозольных пропеллентов. Однако ХФУ в верхних слоях атмосферы реагируют с озоном (О 3). Озоновый слой фильтрует вредное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое представляет собой электромагнитную радиацию с длинами волн, меньшими длины фиолетового спектра и, следовательно, с более высокой энергией, чем у видимого света. Поэтому производство ХФУ теперь запрещено.

История открытия

Химия всегда была опасной наукой. А ранняя химия являлась смертельно опасным занятием. Ученые работали с веществами, о которых они знали очень мало. Открытие новых соединений и элементов часто имело трагические последствия.

Фтор является чрезвычайно опасным веществом. Пытаясь изолировать элемент, химики получали ужасные ожоги и даже умирали. Газ фтор повреждает мягкие ткани дыхательных путей.

В начале 1500-х годов немецкий ученый Георгий Агрикола (1494-1555) описал плавиковый шпат, который назвал «флюоритом». Это слово происходит от латинского глагола fluere («течь»). Агрикола утверждал, что плавиковый шпат, добавленный к расплавленным металлическим рудам, делал их более жидкими, что облегчало работу с ними. Немецкий ученый не знал, что данный минерал содержит фтор в виде фторида кальция (CaF 2).

Флюорит стал предметом интенсивного изучения. В 1670 г. немецкий стеклодув Генрих Шванхард обнаружил, что смесь плавикового шпата и кислоты образует вещество, которое можно использовать для травления стекла, т. е. химической реакции образования матовой поверхности. Этот процесс используется для нанесения на стекло узоров, а также для создания точных научных измерительных приборов.

В 1771 г. шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле (1742-86) было найдено новое вещество для травления. Он подробно описал свойства фтористоводородной кислоты (HF). Работа Шееле способствовала интенсивному изучению этого соединения.

Химики искали способы разложить фтористоводородную кислоту на составляющие. Они предполагали, что должен быть обнаружен элемент, которого они никогда не видели прежде. Однако они не знали, что такое фтор и каким опасным он является. Многие исследователи фтористоводородной кислоты стали инвалидами, вдохнув газообразный HF. Один из них, бельгийский химик Paulin Louyet (1818-1850), умер от воздействия этого вещества.

Наконец, в 1888 г. проблема была решена. Французский химик Анри Муассан получил раствор фтористоводородной (HF) кислоты во фториде калия (KHF 2). Затем он охладил его до -23 °C и пропустил через него электрический ток. На одном конце аппарата появился газ. Новый химический элемент получил название fluorine, производное от латинского наименования плавикового шпата. Слово «фтор» в 1810 г. предложил Андре Ампер. Оно имеет греческое происхождение и означает «разрушение».

Физические свойства

Фтор представляет собой бледно-желтый газ с плотностью 1,695 г/л. Это делает его примерно в 1,3 раз плотнее воздуха. Фтор переходит в жидкое состояние при температуре -188,13 °C и в твердое - при -219,61 °C. Вещество обладает сильным специфическим запахом, похожим на запах хлора и озона, ощутимым даже в очень малых количествах - до 20 частей на миллиард. Это свойство очень полезно для тех, кто работает с фтором - газ можно обнаружить и избежать вредного воздействия при его попадании в помещение.

Химические свойства

Энергия связи F 2 намного ниже, чем у Cl 2 или Br 2 и идентична перекиси водорода. Высокая электроотрицательность является причиной диссоциации, высокой реактивности и сильных химических связей фтора с другими атомами. Он легко вступает в связь с любым другим элементом, кроме гелия, неона и аргона. Фтор реагирует с большинством соединений, часто очень активно. Например, при смешивании с водой происходит взрыв. По этим причинам в лаборатории необходимо проявлять особую осторожность.

Нахождение в природе

В свободном состоянии элемент фтор не встречается. Наиболее распространенными фторсодержащими минералами являются плавиковый шпат, фторапатит и криолит. Апатит представляет собой сложный минерал, содержащий прежде всего кальций, фосфор и кислород, как правило, в соединении с фтором. Криолит также известен как гренландский шпат, поскольку остров Гренландия является единственным коммерческим источником этого минерала. В основном он состоит из натрийалюминийфторида Na 3 ALF 6 .

Главными мировыми производителями сырья для получения фтора являются Китай, Мексика, Монголия и Южная Африка. Соединенные Штаты когда-то добывали небольшое количество плавикового шпата, но последняя шахта была закрыта в 1995 г., и страна стала импортировать фторсодержащие руды.

В земной коре фтор содержится в изобилии. Его доля оценивается примерно в 0,06%. Это делает его примерно 13-м наиболее распространенным элементом в земной коре, что примерно соответствует содержанию марганца или бария.

Что такое фтор-19?

Химический элемент имеет только один природный изотоп - 19 F. Изотопы представляют собой другую форму элемента, отличающуюся по массовому числу, которое соответствует количеству протонов и нейтронов в ядре атома. Количество протонов определяет элемент, но число его нейтронов может быть разным. При этом каждая вариация представляет собой изотоп. У фтора-19 большое гиромагнитное отношение и исключительная чувствительность к магнитным полям. Поскольку это единственный стабильный изотоп, он используется в магнитно-резонансной томографии.

Известны 17 радиоактивных изотопов фтора. Из них наиболее стабильным является 18 F. Его ядра делятся с периодом полураспада 109,77 минуты. 18 F иногда используется для медицинских исследований. Попадая в организм, фтор перемещается в основном в кости. Его присутствие может быть обнаружено испускаемым им излучением. Радиационная картина позволяет определить состояние костной ткани. Фтор-18 иногда используется аналогично изучению функции мозга.

Получение, определение, использование

Промышленное производство фтора основано на методе Муассана. Электрический ток напряжением 8-12 В пропускают через смесь HF и KF с образованием H 2 и F 2 .

Определение фтора в растворах производится методом потенциометрии, т. е. измерения электродного потенциала. Мембрана электрода изготавливается из монокристаллического LaF 3 , легированного дифторидами драгоценных металлов.

В элементарном состоянии фтор применяется относительно мало. Он слишком активен для этого. Используется в ракетном топливе, обеспечивая горение, подобно кислороду. Больше всего востребован в связанном состоянии. Фториды представляют собой соединения фтора с металлом. Примерами являются фторид натрия (NaF), кальция (CaF 2) и олова (SnF 2).

Защита для зубов

Фтор входит в состав зубных паст. Исследования показали, что небольшое количество фторидов может помочь снизить заболеваемость кариесом. Они осаждаются по мере образования нового материала зуба, что делает его сильным и устойчивым к разрушению.

В некоторых городах фториды добавляются в систему водоснабжения. Поступая таким образом, власти надеются улучшить стоматологическое здоровье горожан. Больше всего от этого выигрывает молодежь, чьи зубы все еще развиваются. Процесс добавления фторидов в систему водоснабжения называется фторированием. Слишком большое содержание фтора в воде приводит к потемнению зубов и появлению постоянных пятен.

Польза или вред?

Некоторые беспокоятся о долгосрочном воздействии фторидов в общественном водоснабжении на здоровье населения. Они указывают на то, что фтор является смертельным ядом, и что его соединения также могут быть токсичными. Это правда, F 2 очень опасен, но свойства соединений отличаются от составляющих их элементов. Так что беспокойство является беспочвенным.

Сильный характерный запах фтора позволяет обнаружить его утечку и избежать контакта с ним.

Фториды, как правило, опасны только в больших дозах. Их концентрация в воде обычно очень мала, всего несколько частей на миллион. Большинство экспертов в области стоматологии и здравоохранения считают, что такой фтор является полезным и не несет угрозу здоровью людей.

Тефлон

Случайные открытия играют большую роль в научных исследованиях. Примером удачной и очень прибыльной случайности может служить материал тефлон - пластик, изготавливаемый компанией DuPont Chemical Company. Он стал важным коммерческим продуктом, потому что к нему практически почти ничего не прилипает. Сегодня у каждого есть сковороды, внутренняя поверхность которых покрыта этим материалом, поскольку во время готовки пища не пригорает. Кроме того, тефлоновые сковороды не нуждаются в растительном или животном масле.

Тефлон был случайно обнаружен в 1938 г. химиком компании «Дюпон» Роем Планкеттом (1911-1994), который занимался разработкой хлорфторуглеродов (ХФУ). Он хотел узнать, что произойдет, если смешать тетрафторэтилен (ТФЭ) C 2 F 4 с хлорной кислотой. Для проведения эксперимента он установил оборудование таким образом, чтобы газообразный ТФЭ должен был поступать в емкость с HCl. Но когда он открыл вентиль, ничего не произошло. Планкетт мог выбросить сосуд, но он этого не сделал. Вместо этого химик распилил его и обнаружил, что ТФЭ полимеризовался в одну массу, т. е. тысячи отдельных молекул ТФЭ объединились в одну, называемую политетрафторэтиленом (ПТФЭ).

Планкетт выскреб образовавшийся белый порошок и отправил его ученым «Дюпона», занимавшихся разработкой искусственных волокон. Они изучили новый материал и обнаружили его антипригарные свойства. Вскоре для нового материала началась разработка ряда применений.

Компания DuPont зарегистрировала торговую марку Teflon в 1945 г. и через год выпустила свои первые продукты. С тех пор антипригарное покрытие стало обычным на кухонной посуде, тефлон появился в спреях для выпечки и в качестве защиты от пятен для тканей и текстиля.

Хлорфторуглероды

Элемент фтор также использовался в производстве фреонов. Хлорфторуглероды были обнаружены в конце 1920 годов американским инженером-химиком Томасом Мидгли-младшим (1889-1944). Эти соединения обладают рядом интересных свойств. Они очень стабильны и не разрушаются при использовании в промышленности. Фреон широко применялся в системах кондиционирования и в холодильниках, в качестве чистящих средств, в аэрозолях и в составе специализированных полимеров. Производство ХФУ выросло с 1 тыс. т в 1935 г. до более чем 300 тыс. т в 1965 г. и 700 тыс. т в 1985 г.

Однако к середине 1980-х гг. исследования показали, что эти соединения наносят ущерб озоновому слою, который находится на высоте от 20 до 50 км над поверхностью Земли и важен для жизни на нашей планете, потому что защищает ее от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Это привело к постепенному прекращению производства и использования в ​​большинстве стран мира. Появились новые, безопасные для Земли материалы, заменившие ХФУ.

Защита всего живого

ХФУ раньше были популярными промышленными химикатами, потому что их трудно разрушить. Долгое время эти вещества использовались в кондиционерах и холодильниках в качестве агента, переносящего тепло во внешнее пространство. Но ученые поняли, что ХФУ представляют угрозу для озонового слоя, потому что они разрушаются. Как это возможно? Всегда есть вероятность утечки хладагента из кондиционеров и холодильников. ХФУ представляют собой газы или жидкости, которые легко испаряются и поднимаются вверх в атмосферу. В конечном итоге они достигают озонового слоя.

На этой высоте под действием интенсивного солнечного излучения ХФУ разрушаются. Стабильная на земле молекула на большой высоте утрачивает это качество. При ее разрушении выделяется атом хлора, который может вступать в реакцию с O 3 . Озон фильтрует вредное излучение Солнца, вызывающее сильные солнечные ожоги и рак кожи. Кислород на это не способен. Чем больше ХФУ в атмосфере, тем больше атомов хлора. Чем больше атомов хлора, тем меньше молекул озона и больше ультрафиолета достигает поверхности Земли, оказывая негативное влияние на здоровье человека.

К середине 1980 годов были получены доказательства того, что ХФУ наносят ущерб озоновому слою. Именно это убедило политиков запретить дальнейшее производство и использование хлорфторуглеродов.

Влияние на здоровье человека

Фтор - химический элемент, который может быть очень опасным. При вдыхании в небольших количествах он вызывает сильное раздражение дыхательной системы (носа, горла и легких). В больших количествах это может привести к смерти. Наибольшая допустимая доза фтора составляет 1 часть на миллион частей воздуха в течение 8 часов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Фтор - элемент, относящийся к группе галогенов. Неметалл. Расположен во втором периоде VII группы A подгруппы.

Порядковый номер равен 9. Заряд ядра равен +9. Атомный вес - 18,998 а.е.м. Это единственный стабильный нуклид фтора.

Электронное строение атома фтора

Атом фтора имеет две оболочки, как и все элементы, расположенные во втором периоде. Номер группы - VII (галогены) - свидетельствует о том, что на внешнем электронном уровне атома азота находится 7 валентных электронов и до завершения внешнего энергетического уровня не хватает всего одного электрона. Обладает самой высокой окислительной способностью среди всех элементов Периодической системы.

Рис. 1. Условное изображение строения атома фтора.

Электронная конфигурация основного состояния записывается следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 5 .

Фтор - элемент p-семейства. Энергетическая диаграмма для валентных электронов в невозбужденном состоянии выглядит следующим образом:

У фтора есть 3 пары спаренных электронов и один неспаренный электрон. Во всех своих соединениях фтор проявляет валентность I и степень окисления -1.

В результате взаимодействия фтор является акцептором электронов. В этом случае атом превращается в отрицательно заряженный ион (F —).

Фтору свойственны все особенности собратьев по подгруппе, однако он подобен человеку без чувства меры: все увеличено до крайности, до предела. Это объясняется прежде всего положением элемента № 9 в периодической системе и его электронной структурой. Его место в таблице Менделеева - «полюс неметаллических свойств», правый верхний угол. Атомная модель фтора: заряд ядра 9+ , два электрона расположены на внутренней оболочке, семь - на внешней. Каждый атом всегда стремится к устойчивому состоянию. Для этого ему нужно заполнить внешний электронный слой. Атом фтора в этом смысле - не исключение. Захвачен восьмой электрон, и цель достигнута - образован ион фтора с «насыщенной» внешней оболочкой.

Число присоединенных электронов показывает, что отрицательная валентность фтора равна 1- ; в отличие от прочих галогенов не может проявлять положительную валентность.

Стремление к заполнению внешнего электронного слоя до восьмиэлектронной конфигурации у фтора исключительно велико. Поэтому он обладает необычайной реакционной способностью и образует соединения почти со всеми элементами. Совсем недавно, большинство химиков считало, и на то были основания, что благородные газы не могут образовывать истинные химические соединения. Однако вскоре три из шести элементов- «затворников» не смогли устоять перед натиском удивительно агрессивного фтора. Начиная с 1962 г. получены фториды, а через них - и другие соединения криптона , ксенона и радона .

Удержать фтор от реакции очень трудно, но зачастую не легче вырвать его атомы из соединений. Здесь играет роль еще один фактор - очень малые размеры атома и иона фтора. Они примерно в полтора раза меньше, чем у хлора, и вдвое меньше, чем у йода.

Очевидно, что чем больше размеры атомов галогена, тем меньше их размещается вокруг атома молибдена . Максимально возможная валентность молибдена реализуется только в соединении с атомами фтора, малый размер которых позволяет «упаковать» молекулу наиболее плотно.

Атомы фтора обладают очень высокой электроотрицательностью, т. е. способностью притягивать электроны: при взаимодействии с кислородом фтор образует соединения, в которых кислород заряжен положительно. Горячая вода сгорает в струе фтора с образованием кислорода. Не правда ли, исключительный случай? Кислород оказался вдруг не причиной, а следствием горения.

Не только вода, но и другие обычно негорючие материалы, такие, как асбест, кирпич, многие металлы, загораются в струе фтора. Бром, йод, сера , селен , теллур , фосфор , мышьяк , сурьма , кремний , древесный уголь самовоспламеняются во фторе уже при обычной температуре, а при небольшом нагревании та же участь постигает и благородные платиновые металлы, известные своей химической пассивностью.

Поэтому не удивительно само название фтора. В переводе с греческого это слово означает «разрушающий».

Фтор или флюор?

Фтор - разрушающий - удивительно подходящее название . Однако за рубежом более распространено другое имя элемента № 9 - флюор, что в переводе с латинского означает «текучий».

Это название больше подходит не к фтору, а к некоторым его соединениям и берет свое начало от флюорита или плавикового шпата - первого соединения фтора, использованного человеком. По-видимому, еще в древности люди знали о способности этого минерала снижать температуру плавления руд и металлургических шлаков, но, естественно, не знали его состава. Флюором назвали главную составную часть этого минерала, еще неизвестный химикам элемент.

Это название настолько укоренилось в умах ученых, что логически оправданное предложение о переименовании элемента, выдвинутое в 1816 г., не нашло поддержки. А ведь в эти годы шли усиленные поиски флюора, уже было накоплено немало экспериментальных данных, подтверждавших разрушительные способности флюора и его соединений. Да и авторами предложения были не кто-нибудь, а крупнейшие ученые того времени Андрэ Ампер и Хэмфри Дэви. И все-таки фтор оставался флюором.
Жертвы? - Нет, герои

Первое упоминание о флюоре и флюорите относится к XV в.

В начале XVIII в. была открыта плавиковая кислота - водный раствор фтористого водорода , а в 1780 г. известный шведский химик Карл Вильгельм Шееле впервые высказал мысль, что в этой кислоте содержится новый активный элемент. Однако, чтобы подтвердить догадку Шееле и выделить фтор (или флюор), химикам потребовалось больше 100 лет, целый век упорной работы многих ученых из разных стран.

Сегодня мы знаем, что фтор очень токсичен, что работа с ним и его соединениями требует большой осторожности и продуманных мер защиты. Первооткрыватели фтора могли об этом только догадываться, да и то не всегда. Поэтому история открытия фтора связана с именами многих героев науки. Английские химики братья Томас и Георг Нокс пытались получить фтор из фторидов серебра и свинца . Опыты окончились трагически: Георг Нокс стал инвалидом, Томас погиб. Та же участь постигла Д. Никлеса и П. Лайета. Выдающийся химик XIX в. Хэмфри Дэви, создатель водородной теории кислот, человек, впервые получивший натрий , калий , магний , кальций , стронций и барий , доказавший элементность хлора , не смог решить проблемы получения всеразрушающего элемента. В ходе этих опытов он отравился и тяжело заболел. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар потеряли здоровье, так и не добившись сколько-нибудь обнадеживающих результатов.

Более удачливыми оказались А. Лавуазье, М. Фарадей, Э. Фреми. Их фтор «пощадил», но и они не добились успеха. В 1834 г. Фарадею показалось, что ему, наконец, удалось получить неуловимый газ. Но вскоре он вынужден был признать: «Я не смог получить фтор. Мои предположения, подвергаясь строгому анализу, отпадали одно за другим...» В течение 50 (!) лет этот гигант науки пытался решить проблему получения фтора, но так и не смог одолеть ее.

Неудачи преследовали ученых, однако уверенность в существовании и возможности выделения фтора крепла с каждым новым опытом. Она основывалась на многочисленных аналогиях в поведении и свойствах соединений фтора с соединениями уже известных галогенов - хлора, брома и йода .

Были на этом пути и удачи. Фреми, пытаясь с помощью электролиза извлечь фтор из фторидов, нашел способ получения безводного фтористого водорода. Каждый опыт, даже неудачный, пополнял копилку знаний об удивительном элементе и приближал день его открытия. И этот день настал. 26 июня 1886 г. французский химик Анри Муассан подверг электролизу безводный фтористый водород. При температуре - 23°С он получил на аноде новое, чрезвычайно реакционноспособное газообразное вещество. Муассану удалось собрать несколько пузырьков газа. Это был фтор!

О своем открытии Муассан сообщил Парижской академии. Моментально была создана комиссия, которая через несколько дней должна была прибыть в лабораторию Муассана, чтобы увидеть все своими глазами. Муассан тщательно подготовился к проведению повторного эксперимента. Он подверг исходный фтористый водород дополнительной очистке, и... высокопоставленная комиссия не увидела фтора. Опыт не воспроизводился, электролиза с выделением фтора не наблюдалось! Скандал?!

Но Муассану удалось найти причину. Оказалось, что лишь небольшие количества фтористого калия, содержащегося во фтористом водороде, делают его проводником электричества. Применение в первом опыте фтористого водорода без дополнительной очистки обеспечило успех: были примеси - шел электролиз. Тщательная подготовка второго опыта стала причиной неудачи.

И все-таки удача определенно сопутствовала Муассану. Вскоре ему удалось найти недорогой и надежный материал для аппаратов, в которых получается фтор. Эта проблема была не менее сложной, чем получение неподатливого элемента. Фтористый водород и фтор разрушали любую аппаратуру. Еще Дэви испытывал сосуды из кристаллической серы, угля, серебра и платины , но все эти материалы разрушались в процессе электролиза соединений фтора.

Первые граммы фтора Муассан получил в платиновом электролизере с электродами из иридиево-платинового сплава. Несмотря на низкую температуру, при которой проводился опыт, каждый грамм фтора «уничтожал» 5-6 г платины.

Платиновый сосуд Муассан заменил мёдным. Конечно, и медь подвержена действию фтора, но как алюминий защищается от воздуха окисной пленкой, так и медь «укрывалась» от фтора за пленкой непреодолимого для него фторида меди.

Электролиз до сих пор остается практически единственным методом получения фтора. С 1919 г. в качестве электролита используются расплавы бифторидов. Материалы современных электролизеров и электродов - это медь, никель , сталь, графит . Все это во много раз удешевило производство элемента № 9 и дало возможность получать его в промышленных масштабах. Однако принцип получения фтора остался тем же, что предлагали Дэви и Фарадей и впервые осуществил Муассан.

Фтор и многие его соединения представляют не только большой теоретический интерес, но и находят широкое практическое применение. Соединений фтора очень много, использование их настолько многосторонне и обширно, что для рассказа обо всем интересном, что связано с этим элементом, не хватило бы и 100 страниц. Поэтому в нашем рассказе вы встретите только самые интересные фтористые соединения, прочно вошедшие в нашу промышленность, в нашу жизнь, в наш быт и даже в наше искусство - соединения, без которых (это можно сказать без преувеличения) немыслим прогресс.

Гидрид фтора и... вода

Что общего может быть у всеразрушающего фтора и «мирной» привычной воды? Казалось бы - ничего. Но поостережемся поспешных выводов. Ведь воду можно рассматривать как гидрид кислорода, а плавиковая кислота HF - не что иное, как гидрид фтора. Итак, мы имеем дело с ближайшими химическими «родственниками» - гидридами двух сильных окислителей.

Известны гидриды всех галогенов. Их свойства изменяются закономерно, однако фтористый водород во многом ближе к воде, нежели к другим галоидоводородам. Сравните диэлектрические постоянные: для HF и H 2 O они очень близки (83,5 и 80), в то время как для гидридов брома, иода и хлора эта характеристика значительно ниже (всего 2,9 - 4,6). Температура кипения HF +19°С, тогда как HI, HBr и HCl переходят в газообразное состояние уже при минусовых температурах.

Одно из природных соединений фтора - минерал криолит - называют нетающим льдом. Действительно, огромные кристаллы криолита очень похожи на ледяные глыбы.

В одном из рассказов писателя-фантаста И. А. Ефремова описана встреча в космосе с обитателями планеты, на которой во всех жизненно важных окислительных процессах участвует фтор, а не кислород. Если такая планета существует, то можно не сомневаться, что ее обитатели утоляют жажду... фтористым водородом.

На Земле фтористый водород служит другим целям

Нюрнбергский художник Швангард еще в 1670 г. смешивал плавиковый шпат с серной кислотой и этой смесью наносил рисунки на стекло. Швангард не знал, что компоненты его смеси реагируют между собой, а «рисует» продукт реакции. Это не помешало внедрению открытия Швангарда. Пользуются им и в наши дни. На стеклянный сосуд наносится тонкий слой парафина. Художник рисует по этому слою, а затем опускает сосуд в раствор плавиковой кислоты. В тех местах, где неуязвимая для фтористого водорода парафиновая «броня» снята, кислота разъедает стекло, и рисунок навсегда запечатлевается на нем. Это старейшее применение фтористого водорода, но отнюдь не единственное.

Достаточно сказать, что менее чем через 20 лет после создания первых промышленных установок для получения фтористого водорода его годовое производство в США достигло 125 тыс. т. Стекольная, пищевая, нефтяная, атомная, металлургическая, химическая, авиационная, бумажная - вот далеко не полный перечень тех отраслей промышленности, где фтористый водород находит самое широкое применение. Фтористый водород способен изменять скорость многих реакций и используется в качестве катализатора самых разнообразных химических превращений. Одно из основных тенденций современной химии - проведение реакций в неводных средах. Наиболее интересным и уже широко применяющимся неводным растворителем стал фтористый водород.

Фтористый водород - очень агрессивный и опасный реагент, но он незаменим во многих отраслях современной индустрии. Поэтому приемы обращения с ним настолько усовершенствованы, что для грамотного химика наших дней фтористый водород стал почти так же безопасен, как для обитателей неведомой фторной планеты.

Искусственное добавление фтора к воде в тех местах, где обнаруживается его недостаток, приводит к устранению новых случаев заболевания и уменьшению кариеса у больных людей. Тут же оговоримся - большой избыток фтора в воде вызывает острое заболевание - флюороз (пятнистая эмаль). Извечная дилемма медицины: большие дозы - яд, малые - лекарство .

Во многих местах построены установки для искусственного фторирования воды. Особенно эффективен этот способ профилактики кариеса у детей. Поэтому в некоторых странах соединения фтора (в исключительно малых дозах) добавляют в. молоко.

Существует предположение о том, что фтор необходим для развития живой клетки и что он входит вместе с фосфором в состав животных и растительных тканей.

Фтор находит широкое применение при синтезе различных медицинских препаратов. Фторорганические соединения успешно применяются для лечения болезней щитовидной железы, особенно базедовой болезни, хронических форм диабета, бронхиальных и ревматических заболеваний, глаукомы и рака. Они также пригодны для профилактики и лечения малярии и служат хорошим средством против стрептококковых и стафиллококковых инфекций. Некоторые фторорганические препараты - надежные обезболивающие средства.

Фтор и жизнь - именно этот раздел химии фтора достоин наибольшего развития, и будущее - за ним. Фтор и смерть? Можно и нужно работать и в этой области, но для того, чтобы получать не смертоносные отравляющие вещества, а различные препараты для борьбы с грызунами и другими сельскохозяйственными вредителями. Такое применение находят, например, монофторуксусная кислота и фторацетат натрия.

Как приятно бывает в жаркий летний день достать из холодильника бутылку ледяной минеральной воды...

В большинстве холодильников - и промышленных, и домашних - хладоагентом, веществом, создающим холод, работает фторорганическая жидкость - фреон.

Фреоны получаются при замене атомов водорода в молекулах простейших органических соединений на фтор или фтор и хлор. Простейший углеводород - метан CH 4 . Если все атомы водорода в метане заменить на фтор, то образуется тетрафторметан CF 4 (фреон-14), а если фтором замещается только два атома водорода, а два другие - хлором, то получится дифтордихлорметан CF 2 Cl 2 (фреон-12).

В домашних холодильниках обычно работает фреон-12. Это бесцветный, нерастворимый в воде и негорючий газ с запахом, похожим на запах эфира. Фреоны 11 и 12 работают также в установках для кондиционирования воздуха. В «шкале вредности», составленной для всех применяемых хладоагентов, фреоны занимают последние места. Они даже безвреднее «сухого льда» - твердой двуокиси углерода.

Фреоны исключительно устойчивы, химически инертны. Здесь, как и в случае фторопластов, мы сталкиваемся с тем же удивительным явлением: с помощью наиболее активного элемента - фтора - удается получить химически очень пассивные вещества. Особенно устойчивы они к действию окислителей, и это не удивительно - ведь их атомы углерода находятся в высшей степени окисления. Поэтому фторуглероды (и, в частности, фреоны) не горят даже в атмосфере чистого кислорода. При сильном нагревании происходит деструкция - распад молекул, но не окисление их. Эти свойства позволяют применять фреоны еще в ряде случаев: их используют как пламегасители, инертные растворители, промежуточные продукты для получения пластмасс и смазочных материалов.

Сейчас известны тысячи фторорганических соединений различных типов. Многие из них применяются в важнейших отраслях современной техники. Во фреонах фтор работает на «индустрию холода», но с его помощью можно получать и очень высокие температуры. Сравните это цифры: температура кислородо-водородного пламени 2800°С, кислородоацетиленового 3500°С, при горении водорода во фторе развивается температура 3700°С. Эта реакция уже нашла практическое применение во фтористоводородных горелках для резания металла. Кроме того, известны горелки, работающие на фторхлоридах (соединения фтора с хлором), а также на смеси трехфтористого азота и водорода. Последняя смесь особенно удобна, так как трехфтористый азот не вызывает коррозии аппаратуры. Естественно, во всех этих реакциях фтор и его соединения играют роль окислителя. Можно использовать их и в качестве окислителя в жидкостных реактивных двигателях. В пользу реакции с участием фтора и его соединений говорит многое. Развивается более высокая температура - значит, и давление в камере сгорания будет больше, возрастет тяга реактивного двигателя. Твердых продуктов горения в результате таких реакций не образуется - значит, опасность забивки сопел и разрыва двигателя в этом случае также не грозит.

Но у фтора, как составной части ракетного топлива, есть ряд крупных недостатков. Он очень токсичен, коррозионно-активен и имеет очень низкую температуру кипения. Сохранить его в виде жидкости труднее, чем другие газы. Поэтому более приемлемы здесь соединения фтора с кислородом и галогенами.

Некоторые из этих соединений по своим окислительным свойствам не уступают жидкому фтору, но имеют огромное преимущество: в обычных условиях это или жидкости, или же легко сжижаемые газы.

Функции фтора в организме:

• Необходим для нормального минерального обмена.
• Участвует в формировании костной и соединительной ткани. Необходим для прочных костей и здоровых зубов.
• Влияет на состояние волос и ногтей, является профилактикой остеопороза и способствует скорейшему сращиванию переломов.
• Фтор, кальций и фосфор нужны для здоровья зубов. Соединение этих минералов проникают в микротрещины эмали и сглаживают их, не дают развиваться кариесу и пародонтозу.
• Фтор необходим для кроветворения. Он участвует в образовании лейкоцитов. Способствует укреплению иммунной системы.
• Без фтора невозможно усвоение организмом железа. Это чревато болезнями сердечно-сосудистой, кровеносной системы. Часто кариес сопровождается железодефицитной анемией.
• Подавляет активность кислотообразующих микроорганизмов.
• Принимает участие в процессах выведения из организмов тяжелых металлов, радионуклидов, токсинов.

Наивысшая концентрация фтора (96%) находится в составе костей и зубов. Однако присутствует элемент почти во всех тканях организма. Быстро ионизируется и всасывается. Транспортируется с потоком крови, выводится с мочой. Препараты с фтором используют при лечении зубов, для укрепления костного аппарата и детоксикации организма. При нарушении кальциево-фосфорного обмена страдает нервная система, почки, щитовидная железа, замедляются обменные процессы.

Основные источники фтора

Наш организм получает фтор с водой (примерно 2/3 от нормы) и с продуктами питания (1/3).

Растительные источники (табл. 1):

• Овощи: морковь, редис, тыква, картофель, лук. А также свекла, шпинат, помидоры и др.
• Зерновые культуры: ржаные отруби, мука грубого помола, овсянка, гречка, рис.
• Фрукты: цитрусовые, яблоки, черешня, слива, персик, нектарин.
• Орехи (грецкие, миндаль, кешью), семена подсолнечника, сухофрукты (чернослив, курага).
• Морская капуста.
• Зеленый и черный чай.

Животные источники (табл. 1):

• Мясо птицы, говядина, баранина.
• Субпродукты (печень).
• Рыба (предпочтительнее морская) – скумбрия, минтай, горбуша, треска, тунец, хек, камбала.
• Морепродукты (устрицы, мидии).
• Молочные продукты (молоко, твердый сыр, творог).

Таблица 1. Фторсодержащие продукты

Чай зеленый	10
Скумбрия	2
Тунец	1,5
Вода минеральная	1
Треска	0,7
Грецкие орехи	0,65
Лосось	0,5
Устрицы	0,4
Баранина	0,2
Мясо курицы	0,15
Молоко	0,1
Гречка	0,1
Картофель	0,1
Редис	0,85

Совет специалиста. Маленьким детям при нехватке фтора продукты с его содержанием, вводить в рацион следует осторожно и малыми порциями. Организм может отреагировать серьезными аллергическими реакциями

• Не готовить фторсодержащие продукты в алюминиевой таре: взаимодействие алюминия и фтора приводит к потере полезных свойств минерала.
• Минимизировать термическую обработку.
• Соблюдать питьевой режим (2-х литров минеральной воды человеку достаточно, чтобы поддерживать баланс).
• Включите в рацион рыбу и морепродукты. Это лидеры по содержанию фтора.
• Крупы старайтесь есть необработанными, новомодные каши быстрого приготовления лишены большинства полезных веществ.
• Во фруктах и овощах фтора немного, зато свежеотжатые соки намного богаче этим веществом.

Есть и токсичные источники этого элемента: к примеру, фторированная вода, обогащенная неорганической формой минерала. Она неполезна для организма. Фтор может содержаться в винах, но проблема в том, что его источниками являются пестициды, которыми обрабатывали виноградники. Выбирайте только качественные продукты, которые не навредят здоровью. Суточная норма элемента подана в таблице 2.

Таблица 2. Суточная норма фтора

Фтор и другие питательные вещества

Несмотря на повышенную активность этого неметалла, только некоторые вещества влияют на его усвоение организмом:

• Фтор идет в тесной связке с кальцием. Даже симптомы дефицита макроэлементов проявляются одновременно.
• На развитие фтордефицитного состояния могут повлиять некоторые лекарственные препараты, направленные на снижение кислотности желудка (Альмагель, Маалокс, Гастрацид и др.), а также магнийсодержащие лекарства для нервной и сердечно-сосудистой системы (Панангин, Кардиомагнил, Магне-В6 и др.).
• Ионы алюминия также конфликтуют с фтором, поскольку они всасываются по одним и тем же каналом. Сначала назначают курс лечения лекарствами с алюминием, а уже потом восполняют нехватку фтора.
• Улучшают усвояемость фтора ретинол (витамин А) и токоферол (Е).
• Фтор хорошо взаимодействует с йодом . Оба этих элемента содержатся в продуктах моря. Включение в рацион рыбы, морепродуктов, морской капусты компенсирует недостаток и фтора и йода.

Недостаток фтора в организме

Причины дефицита фтора:

• Несбалансированное питание.
• Некачественная вода (если в ней содержится менее 0,7 мг фтора на литр).
• Нарушение обмена фтора.
• Прием препаратов, препятствующих усвоению фтора.

Признаки дефицита фтора:

• Выпадение волос, ухудшение состояния зубов.
• Кариозное поражение зубов, которое сопровождается деминерализацией и разрушением твердых тканей.
• Развитие остеопороза (в костной ткани фрагментарно рассасывается костное вещество).
• Появление железодефицитной анемии.

Важно! Недостаток фтора может долгое время себя не проявлять. Он не имеет четких симптомов, которые можно легко заметить самостоятельно. Принимать фторсодержащие препараты нужно после подтверждения дефицита анализами и по рекомендации врача

Чтобы сбалансировать содержание фтора в организме, нужно пересмотреть свой рацион. Включите в него минеральную воду, морепродукты, рыбу, крупы, орехи. Если вы принимаете лекарства, которые не совместимы со фтором, нужно пропивать курсами фторсодержащие препараты.

Избыток фтора в организме

Дефицит фтора не так опасен, как его избыток. Одновременный прием 20 мг фтора вызывает сильную интоксикацию, 2 г считается смертельной дозой. Причины избытка фтора:

• Отравление фторсодержащими соединениями на производстве.
• Превышение дозировки препаратов с фтором.
• Нарушение обменных процессов.
• Злоупотребление фторсодержащими пастами, жвачками, витаминными комплексами.
• Иногда люди могут сами не знать, что их отравляет. Во многих регионах в воде завышенные показатели неорганического фтора, который опасен для организма.

Чем проявляется избыток фтора:

• Появление на эмали меловидных пятен, хрупкость зубов.
• Появление остеопороза, костных шпор, ухудшение эластичности сухожилий и связок.
• Кровотечения из носа и рта, точечные кровоизлияния на деснах.
• Снижение кровяного давления.
• Ухудшение состояния кожи.
• Общая слабость, тошнота, рвота.
• Судороги, поражение почек.

Если дозировка превышается регулярно, последствия могут быть необратимы. Нарушается метаболизм, поражается печень, щитовидная железа, почки, деформируются кости. Особенно избыток фтора опасен для детей, ведь у них еще не сформирована костная ткань.

Важно! В некоторых странах запретили даже жевательные резинки и зубную пасту, которая содержит много фтора. Минеральные комплексы со фтором, приобретают только по рецепту врача

Не злоупотребляйте фтором. Бытует мнение, что этот минерал может избавить от кариеса. На самом деле он просто останавливает процесс разрушения, а вот значительное превышение дозировки чревато серьезными проблемами со здоровьем.

Самые известные препараты со фтором:

• Витафтор. Содержит 0,22 мг натрия фторида, ретинол, аскорбиновую кислоту. Часто назначают детям. Выпускается в виде сиропа.
• Сенсигель. Гель для зубов со фтором. Понижает чувствительность зубов, укрепляет эмаль. Гелевая основа дает возможность фтору дольше контактировать с поврежденным зубом. Дозировка – 0,85г на 100г геля.
• Натрия фторид. Для лечения некариозных повреждений зубов и профилактики кариеса. Выпускается в виде раствора, таблеток и геля. Гель используют для местных аппликаций, раствор – для полосканий.
• Фторлак. Комбинированный препарат, в 100г содержится 5г фторида натрия, растительные экстракты, хлороформ. Выпускается в жидком виде. Это жидкость с хвойным запахом, привкус сладковатый. Показан для лечения кариеса и гиперестезии зубов. Наносят непосредственно на поверхность зуба.
• Эльгифлюор. Препарат представляет собой растворимую зубную пасту. Замедляет кариес, предотвращает появление зубного камня, снижает чувствительность зубов. Содержит фторинол и диглюконатхлоргексидина. На 100г – 850 мг фторинола.
• Кореберон. Выпускается в виде драже 20 и 40 мг. Используется для лечения остеопороза и нарушений костной системы.
• Оссин. Выпускается в дозировке 20 и 40 мг, содержит фторид натрия. Есть линия препаратов для детей и взрослых.
• АКТ. Содержит раствор натрия фторида. Гель наносят на зубы, он образует пленку, которая способствует насыщению фтористыми соединениями.

Препараты в таблетках рекомендуется принимать после еды внутрь, обильно запивая водой. Маленьким детям можно давать их с кашей или молоком. Гели и пасты наносят непосредственно на зубы согласно инструкции. По назначению врача лечение дополняют фторированными водами или молоком.

Интересные химические опыты, свойства минерала и прочая полезная информация в видео ниже.