Фтор

Як і інші галоїди, фтор зустрічається на земній поверхні виключно у вигляді солей. Загальне його вміст в земній корі становить 0,02%. Основна маса фтору розпорошена по різних гірських порід. З окремих форм його природних скупчень найбільш важливий мінерал флюорит – CaF2.

Отримання фтору здійснюється шляхом електролізу фтористих сполук, причому фтор виділяється на аноді.

Електролітом зазвичай служить легкоплавка суміш складу KF ? 2HF. Процес проводять при температурах близько 100 °С в сталевих електролізерах зі сталевими катодами (на яких виділяється водень) і вугільними анодами.

Вільний фтор складається з двохатомних молекул і являє собою майже безбарвний (в товстих шарах зеленувато -жовтий) газ, що має різкий запах. Він згущається в жовтувату рідину при -188 °С і твердне при -218 °С. Розпад молекули F2 на окремі атоми здійснюється досить легко (енергія дисоціації 38 ккал / моль).

З хімічної боку фтор може бути охарактеризований як одновалентний металоїд і притому найактивніший з усіх металоїдів. Обумовлено це сприятливим поєднанням ряду факторів – неміцність молекули F2, порівняно малих розмірів атома фтору і тим, що він має велику спорідненість до електрону, тобто енергійно притягує відсутній йому для заповнення зовнішнього шару валентний електрон. Переважна більшість металів з’єднується з фтором вже при звичайних умовах. Проте взаємодія часто обмежується освітою поверхневої плівки фтористого сполуки, яка охороняє метал від подальшого роз’їдання.

Так як фтористі похідні металлоідних елементів зазвичай легколетучего, освіта їх не охороняє поверхню металоїди від подальшої дії фтору. Тому взаємодія з металоїдами часто протікає значно енергійніше, ніж з багатьма металами. Наприклад, фосфор і сірка спалахують в газоподібному фтор і згорають по реакціях.

Як і інші галоїди, фтор зустрічається на земній поверхні виключно у вигляді солей. Загальне його вміст в земній корі становить 0,02%. Основна маса фтору розпорошена по різних гірських порід. З окремих форм його природних скупчень найбільш важливий мінерал флюорит – CaF2.
Отримання фтору здійснюється шляхом електролізу фтористих сполук, причому фтор виділяється на аноді за схемою.

Електролітом зазвичай служить легкоплавка суміш складу KF ? 2HF. Процес проводять при температурах близько 100 °С в сталевих електролізерах зі сталевими катодами (на яких виділяється водень) і вугільними анодами.

Вільний фтор складається з двохатомних молекул і являє собою майже безбарвний (в товстих шарах зеленувато -жовтий) газ, що має різкий запах. Він згущається в жовтувату рідину при -188 °С і твердне при -218 °С. Розпад молекули F2 на окремі атоми здійснюється досить легко (енергія дисоціації 38 ккал / моль).

З хімічної боку фтор може бути охарактеризований як одновалентний металоїд і притому найактивніший з усіх металоїдів. Обумовлено це сприятливим поєднанням ряду факторів – неміцність молекули F2, порівняно малих розмірів атома фтору і тим, що він має велику спорідненість до електрону, тобто енергійно притягує відсутній йому для заповнення зовнішнього шару валентний електрон:

 

Це число -82 ккал / г – атом – і є кількісним виразом спорідненості фтору до електрону.

Переважна більшість металів з’єднується з фтором вже при звичайних умовах. Проте взаємодія часто обмежується освітою поверхневої плівки фтористого сполуки, яка охороняє метал від подальшого роз’їдання.

Так як фтористі похідні металлоідних елементів зазвичай легколетучего, освіта їх не охороняє поверхню металоїди від подальшої дії фтору. Тому взаємодія з металоїдами часто протікає значно енергійніше, ніж з багатьма металами. Наприклад, фосфор і сірка спалахують в газоподібному фтор і згорають по реакціях:

2Р + 5F2 = 2PF5

і

S + 3F2 = SF6

З азотом і киснем фтор безпосередньо не з’єднується.

Від водневих з’єднань інших елементів фтор віднімає водень. Більшість оксидів розкладається їм з витісненням кисню, Зокрема, вода розкладається за схемою

F2 + Н2 О => 2HF + О

причому витісняються атоми кисню з’єднуються не тільки один з одним, але почасти також з молекулами води та фтору. Тому, крім газоподібного кисню, при цієї реакції завжди утворюються також перекис водню і окис фтору (F2 O). Остання являє собою безбарвний газ, схожий по запаху на озон.

1) Окис фтору (інакше – фтористий кисень – OF2) може бути отримана за реакцією:

2F2 + 2NaOH = 2NaF + H2 O + F2 O

Вона малорастворима у воді і майже не розкладається нею, але під дією сильних відновників розкладання F2 O (т. пл. -224 °С, т. кип. -145 °С) йде досить швидко. Окис фтору сильно отруйна.

Практичне використання фтору широко розвинулося за останні роки. Споживається він головним чином для фторування органічних сполук (тобто заміни в них водню на фтор). Процес цей набув велике значення, так як багато фторорганические похідні мають цінними властивостями.

На відміну від вільного фтору, фтористий водень (HF) і багато його похідні використовувалися вже з давніх пір.

Безпосереднє з’єднання фтору з воднем супроводжується дуже великим виділенням тепла:

H2 + F2 = 2HF + 128 ккал

Реакція протікає зазвичай з вибухом, що відбувається навіть при сильному охолодженні газів і в темряві. Практичного значення для отримання HF цей прямий синтез не має.

Технічне отримання фтористого водню грунтується на взаємодії СаF2 з концентрованою H2 SO4 по реакції:

CaF2 + H2 SO4 = 2HF + CaSO4

Процес проводять в сталевих печах при 120-300 °С. Частини установки, службовці для поглинання HF, робляться з свинцю.

Фтористий водень являє собою безбарвну легколетучую рідина (т. пл. – 83 °С. т. кип, +19,5 °С), змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Він має різким запахом, димить на повітрі (внаслідок утворення з парами води дрібних крапельок розчину) і сильно подразнює дихальні шляхи.

2) Зв’язок Н -F характеризується досить високою полярністю (0,45). Цим обумовлена різко виражена схильність фтористого водню до асоціації шляхом утворення водневих зв’язків за схемою [• • • H • • • F • • • H • • • F • • •].

Енергія такого зв’язку становить близько 7 ккал / г – атом, тобто вона кілька міцніше, ніж воднева зв’язок між молекулами води.

Хімічні властивості HF істотно залежать від відсутності чи наявності води. Сухий фтористий водень не діє на більшість металів. Не реагує він і з оксидами металів. Однак якщо реакція почнеться, то далі вона деякий час йде з самоускорением, так як в результаті взаємодії за схемою

МО + 2HF = MF2 + Н2 О

кількість води збільшується.

Подібним же чином діє фтористий водень і на окисли деяких металоїдів. Практично важливо взаємодія його з двоокисом кремнію – SiO2 (пісок, кварц), так як остання входить до складу скла. Реакція йде за схемою

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2Н2

Тому фтористий водень не можна отримувати і зберігати у скляних посудинах. Зазвичай його розчини зберігають у бутлях з штучних пластмас, на які HF не діє.

На взаємодії HF з SiO2 грунтується застосування фтористого водню для « травлення » скла. Внаслідок видалення частинок SiO2 поверхня його стає матовою, чим користуються для нанесення на скло різних написів і т.п.

3) Розглянуті вище випадки взаємодії сухого фтористого водню з оксидами металів і металоїдів можуть бути типовим прикладом аутокаталітіческіх реакцій, тобто таких процесів, при яких каталізатор (в даному випадку – вода) не вводиться в систему ззовні, а є одним з продуктів реакції. Як показує рис. 95, швидкість подібних процесів спочатку, по мірі збільшення в системі кількості каталізатора, наростає до деякого максимуму, після чого починає зменшуватися внаслідок зниження концентрацій реагуючих речовин.

Посилання на основну публікацію