Cos'è il fluoruro? Proprietà dell'elemento chimico
Il fluoro è il membro più leggero della famiglia alogeno, elementi del gruppo 17 (VIIA) della tavola periodica. Questo gruppo comprende anche cloro, bromo, iodio e astato.
Breve descrizione
9 elettroni di fluoro formano la configurazione 1s 2 2s 2 2p 5 . Nel guscio interno pieno ci sono 2 elettroni e 7 - in quello esterno, che lascia 1 spazio libero.
La struttura del fluoro lo rende l'elemento chimico più attivo che reagisce con quasi tutte le sostanze. Ad alte temperature e pressioni, reagisce anche con gas nobili, sebbene di solito gli elementi del gruppo 18 (VIIIA), noti anche come gas inerti, non interagiscano con altre sostanze.
Il fluoro fu scoperto nel 1886 dal chimico francese Henri Moissan (1852-1907). Raccolse il gas, passando una corrente elettrica attraverso l'acido fluoridrico (H 2 F 2 ).
I consumatori conoscono meglio il fluoro a causa dei suoi due composti. Il gas biatomico è usato per produrre fluoruri, composti che dagli anni '50. parte dei dentifrici. Sono efficaci nel prevenire la carie, quindi sono persino aggiunti ai sistemi idrici urbani.
Un altro gruppo di composti del fluoro è clorofluorocarburi (CFC). Per molti anni sono stati estremamente popolari come propellenti per aerosol. Tuttavia, i CFC nell'atmosfera superiore reagiscono con l'ozono (O 3 ). Strato di ozono filtri dannosi radiazione ultravioletta Il sole, che è una radiazione elettromagnetica con lunghezze d'onda più corte dello spettro viola e, quindi, con un'energia superiore a quella della luce visibile. Pertanto, la produzione di CFC è ora vietata.
Storia della scoperta
La chimica è sempre stata una scienza pericolosa. E la chimica iniziale era un'occupazione mortale. Gli scienziati hanno lavorato con sostanze di cui sapevano molto poco. La scoperta di nuovi composti ed elementi ha avuto spesso conseguenze tragiche.
Il fluoro è una sostanza estremamente pericolosa. Cercando di isolare l'elemento, i chimici hanno ricevuto terribili ustioni e sono persino morti. Il gas di fluoro danneggia i tessuti molli delle vie respiratorie.
Nei primi anni del 1500, lo scienziato tedesco George Agricola (1494-1555) descrisse la fluorite, che chiamò "fluorite". Questa parola deriva dal verbo latino fluere ("flusso"). Agricola sosteneva che la fluorite aggiunta ai minerali di metallo fuso li rendeva più liquidi, il che rendeva più facile lavorare con loro. Lo scienziato tedesco non sapeva che questo minerale contiene fluoruro sotto forma di fluoruro di calcio (CaF 2 ).
La fluorite è stata oggetto di intensi studi. Nel 1670, il soffiatore di vetro tedesco Heinrich Schwanhard scoprì che una miscela di fluorite e acido forma una sostanza che può essere usata per incidere il vetro, cioè una reazione chimica per formare una superficie opaca. Questo processo viene utilizzato per applicare modelli al vetro e per creare strumenti di misurazione scientifici accurati.
Nel 1771 una nuova sostanza chimica fu trovata dal chimico svedese Carl Wilhelm Scheele (1742-86). Ha descritto in dettaglio le proprietà dell'acido fluoridrico (HF). Work Scheele ha contribuito allo studio intensivo di questo composto.
I chimici stavano cercando modi per scomporre l'acido fluoridrico nei suoi componenti. Presupponevano che fosse necessario scoprire un elemento che non avevano mai visto prima. Tuttavia, non sapevano cosa sia il fluoro e quanto sia pericoloso. Molti ricercatori di acido fluoridrico sono diventati disabili respirando l'HF gassoso. Uno di loro, il chimico belga Paulin Louyet (1818-1850), morì per gli effetti di questa sostanza.
Finalmente, nel 1888 il problema fu risolto. Il chimico francese Henri Moissan ha ottenuto una soluzione di acido fluoridrico (HF) in fluoruro di potassio (KHF 2 ). Poi lo ha raffreddato a -23 ° C e ha attraversato una corrente elettrica. Gas apparve ad una estremità dell'apparato. Un nuovo elemento chimico è chiamato fluoro, derivato dal nome latino fluorspar. La parola "fluoro" nel 1810 fu proposta da André Ampere. È di origine greca e significa "distruzione".
Proprietà fisiche
Il fluoro è un gas giallo pallido con una densità di 1,695 g / l. Questo lo rende circa 1,3 volte più denso dell'aria. Il fluoro entra allo stato liquido a -188,13 ° C e solido a -219,61 ° C. La sostanza ha un forte odore specifico, simile all'odore di cloro e ozono, evidente anche in quantità molto piccole - fino a 20 parti per miliardo. Questa proprietà è molto utile per coloro che lavorano con il fluoro - il gas può essere rilevato ed evitato effetti dannosi quando entra nella stanza.
Proprietà chimiche
L'energia di legame di F 2 è molto inferiore a quella di Cl 2 o Br 2 ed è identica al perossido di idrogeno. L'alta elettronegatività causa dissociazione, alta reattività e forti legami chimici tra fluoro e altri atomi. Entra facilmente in contatto con qualsiasi altro elemento, ad eccezione di elio, neon e argon. Il fluoro reagisce con la maggior parte dei composti, spesso molto attivamente. Ad esempio, se miscelato con acqua, si verifica un'esplosione. Per questi motivi, è necessario prestare particolare attenzione in laboratorio.
Essere nella natura
Nello stato libero l'elemento fluoro non viene trovato. I più comuni minerali contenenti fluoro sono fluorite, fluoroapatite e criolite. L'apatite è un minerale complesso che contiene principalmente calcio, fosforo e ossigeno, solitamente in combinazione con fluoro. La criolite è anche conosciuta come longarone della Groenlandia, poiché la Groenlandia è l'unica fonte commerciale di questo minerale. È costituito principalmente da sodio fluoruro di alluminio Na 3 ALF 6 .
I principali produttori globali di materie prime per la produzione di fluoro sono Cina, Messico, Mongolia e Sud Africa. Gli Stati Uniti una volta hanno estratto una piccola quantità di fluorite, ma l'ultima miniera è stata chiusa nel 1995 e il paese ha iniziato a importare minerali di fluoruro.
Il fluoro è abbondante nella crosta terrestre. La sua quota è stimata a circa lo 0,06%. Questo rende il tredicesimo elemento più comune nella crosta, che corrisponde grosso modo al contenuto di manganese o bario.
Cos'è il fluoro-19?
L'elemento chimico ha un solo isotopo naturale - 19 F. Gli isotopi rappresentano un'altra forma dell'elemento, che differisce in numero di massa, che corrisponde al numero di protoni e neutroni nel nucleo di un atomo. Il numero di protoni determina l'elemento, ma il numero dei suoi neutroni può essere diverso. Inoltre, ogni variazione è un isotopo. Il fluoro-19 ha un ampio rapporto giromagnetico e un'eccezionale sensibilità ai campi magnetici. Poiché questo è l'unico isotopo stabile, viene utilizzato nella risonanza magnetica.
Conosciuto 17 isotopi radioattivi di fluoro. Di questi, il più stabile è 18 F. I suoi nuclei sono divisi con un'emivita di 109,77 minuti. 18 F è talvolta usato per la ricerca medica. Una volta nel corpo, il fluoro si sposta principalmente sull'osso. La sua presenza può essere rilevata dalla radiazione che emette. Il modello di radiazione consente di determinare lo stato del tessuto osseo. Il fluoro-18 viene talvolta usato in modo simile allo studio della funzione cerebrale.
Ricezione, determinazione, utilizzo
La produzione industriale di fluoruro si basa sul metodo Moissan. Una corrente elettrica di 8-12 V viene fatta passare attraverso una miscela di HF e KF per formare H 2 e F 2 .
Il fluoro è determinato in soluzioni mediante potenziometria, cioè misurando il potenziale dell'elettrodo. La membrana dell'elettrodo è fatta di LaF 3 monocristallino drogato con difluoruri di metalli preziosi.
Nello stato elementare, il fluoro è usato relativamente poco. È troppo attivo per questo. Utilizzato nel combustibile per razzi, fornendo combustione, come l'ossigeno. La maggior parte della domanda in uno stato legato. I fluoruri sono composti di fluoro e metallo. Gli esempi sono fluoruro di sodio (NaF), calcio (CaF 2 ) e stagno (SnF 2 ).
Protezione dei denti
Il fluoro fa parte dei dentifrici. Gli studi hanno dimostrato che una piccola quantità di fluoruro può aiutare a ridurre l'incidenza della carie. Sono depositati come la formazione di un nuovo materiale dentale, che lo rende forte e resistente alla distruzione.
In alcune città, il fluoruro viene aggiunto al sistema di approvvigionamento idrico. In tal modo, le autorità sperano di migliorare la salute dentale dei cittadini. Soprattutto, i giovani i cui denti si stanno ancora sviluppando ne traggono beneficio. Il processo di aggiunta di fluoro al sistema idrico è chiamato fluorizzazione. Troppo fluoro nell'acqua porta all'oscuramento dei denti e alla comparsa di macchie permanenti.
Buono o cattivo?
Alcuni si preoccupano degli effetti a lungo termine del fluoruro negli approvvigionamenti idrici pubblici sulla salute pubblica. Indicano che il fluoro è un veleno mortale e che i suoi composti possono anche essere tossici. Questo è vero, F 2 è molto pericoloso, ma le proprietà dei composti sono diverse dai loro elementi costitutivi. Quindi l'ansia è infondata.
Il forte odore caratteristico del fluoro consente di rilevare la perdita e di evitare il contatto con esso.
I fluoruri sono di solito pericolosi solo a grandi dosi. La loro concentrazione in acqua è in genere molto piccola, solo pochi ppm. La maggior parte degli esperti nel campo dell'odontoiatria e dell'assistenza sanitaria ritiene che tale fluoruro sia utile e non costituisca una minaccia per la salute umana.
Teflon
Le scoperte casuali giocano un ruolo importante nella ricerca scientifica. Un esempio di un incidente di successo e molto redditizio può servire come materiale in plastica Teflon, prodotto da DuPont Chemical Company. È diventato un prodotto commerciale importante, perché quasi nulla si attacca ad esso. Oggi tutti hanno una padella, la cui superficie interna è coperta da questo materiale, perché il cibo non si attacca durante la cottura. Inoltre, le padelle in Teflon non necessitano di olio vegetale o animale.
Teflon fu scoperto casualmente nel 1938 da un chimico di DuPont, Roy Plunkett (1911-1994), che stava sviluppando clorofluorocarburi (CFC). Voleva sapere cosa sarebbe successo se avesse mescolato il tetrafluoroetilene (TFE) C 2 F 4 con acido perclorico. Per l'esperimento, ha installato l'attrezzatura in modo che il TPV gassoso dovrebbe fluire nel serbatoio di HCl. Ma quando ha aperto la valvola, non è successo nulla. Plunkett poteva buttar via la nave, ma non lo fece. Invece, il chimico l'ha segato e ha trovato che il TFE polimerizzava in una massa, cioè migliaia di singole molecole di TFE combinate in una, chiamata politetrafluoroetilene (PTFE).
Plunkett ha raschiato la polvere bianca risultante e l'ha inviata agli scienziati di DuPont che stavano sviluppando fibre artificiali. Hanno studiato il nuovo materiale e trovato le sue proprietà antiaderenti. Presto è iniziato lo sviluppo di numerose applicazioni per il nuovo materiale.
DuPont registrò il marchio Teflon nel 1945 e un anno dopo pubblicò i suoi primi prodotti. Da allora, il rivestimento antiaderente è diventato comune negli utensili da cucina, Teflon è apparso in spray da forno e come protezione antimacchia per tessuti e tessuti.
clorofluorocarburi
L'elemento fluoro è stato utilizzato anche nella produzione di freon. I clorofluorocarburi furono scoperti alla fine degli anni Venti dall'ingegnere chimico americano Thomas Midgli Jr. (1889-1944). Questi composti possiedono un certo numero di proprietà interessanti. Sono molto stabili e non collassano se utilizzati nell'industria. Freon era ampiamente usato negli impianti di climatizzazione e nei frigoriferi, come agenti di pulizia, negli aerosol e come parte di polimeri specializzati. La produzione di CFC è passata da 1mila tonnellate nel 1935 a oltre 300mila tonnellate nel 1965 e 700mila tonnellate nel 1985.
Tuttavia, a metà degli anni '80. Studi hanno dimostrato che questi composti causano danni allo strato di ozono, che si trova ad un'altezza tra 20 e 50 km sopra la superficie terrestre ed è importante per la vita sul nostro pianeta, perché lo protegge dalle dannose radiazioni ultraviolette provenienti dal sole. Ciò ha portato a una graduale cessazione della produzione e dell'uso nella maggior parte dei paesi del mondo. Sono comparsi nuovi materiali sicuri per la Terra che sostituiscono i CFC.
Protezione di tutti gli esseri viventi
I CFC erano popolari prodotti chimici industriali perché sono difficili da distruggere. Per molto tempo queste sostanze sono state utilizzate nei condizionatori e nei frigoriferi come agenti che trasferiscono il calore all'esterno. Ma gli scienziati hanno capito che i CFC rappresentano una minaccia per lo strato di ozono perché vengono distrutti. Come è possibile? C'è sempre la possibilità di perdite di refrigerante da condizionatori e frigoriferi. I CFC sono gas o liquidi che evaporano facilmente e si innalzano nell'atmosfera. Alla fine raggiungono lo strato di ozono.
A questa altezza, sotto l'influenza di un'intensa radiazione solare, i CFC vengono distrutti. Una molecola stabile sulla terra perde questa qualità ad alta quota. Quando viene distrutto, viene rilasciato un atomo di cloro che può reagire con O 3 . L'ozono filtra le radiazioni nocive del sole, causando gravi scottature e cancro della pelle. L'ossigeno non è capace di questo. Più CFC nell'atmosfera, più atomi di cloro. Più sono gli atomi di cloro, più piccole sono le molecole di ozono e più ultravioletti raggiungono la superficie terrestre, con un impatto negativo sulla salute umana.
Verso la metà degli anni '80 si ottenne la prova che i CFC danneggiano lo strato di ozono. Questo è ciò che ha convinto i politici a vietare l'ulteriore produzione e l'uso di clorofluorocarburi.
Impatto sulla salute umana
Il fluoro è un elemento chimico che può essere molto pericoloso. L'inalazione in piccole quantità provoca gravi irritazioni dell'apparato respiratorio (naso, gola e polmoni). In grandi quantità questo può portare alla morte. La dose massima ammissibile di fluoruro è di 1 parte per milione di parti di aria per 8 ore.