Интересные факты про фтор. Интересные факты об открытии химических элементов. На полюсе периодической системы

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 отрицательная валентность фтора равна 1-; в отличие от прочих галогенов фтор 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, в 50-х годах, 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 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 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 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 и Н 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 кипения HF +19°C, тогда как HI, HBr и НСl 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.

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 прошлого 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, наши 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 нашего 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 в наши дни 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.

Этим материалам посвящены отдельные заметки. А пока мы перейдем к следующей главе, которая называется...

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. Да, да - 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 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.

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 - 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 СF 2 Сl 2 (фреон-12). В табл. 2 приведены важнейшие характеристики нескольких подобных соединений.

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 хладагентов, 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 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.

Дальнейшее развитие химии коррозионных процессов, получение более коррозионно-устойчивых материалов, успехи в синтезе новых окислителей на основе фтора, вероятно, позволят осуществить многие замыслы ракетостроителей, связанные с использованием элемента №9 и его соединений. Но мы не будем заниматься предсказаниями. Современная техника развивается стремительно. Быть может, через несколько лет появятся какие-то принципиально новые типы двигателей, а ЖРД отойдут в область истории... В любом случае бесспорно, что фтор еще не сказал своего последнего слова в освоении космического пространства.

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 гексафторид UF 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 тетрафторид UF 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, например СlF 3 , BrF и BrF 6 . Получение тетрафторида урана UF 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 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.

Фторопласт-4 получают полимеризацией тетрафторэтилена - бесцветного неядовитого газа.

Полимеризация тетрафторэтилена была открыта случайно. В 1938 г. в одной из зарубежных лабораторий внезапно прекратилась подача этого газа из баллона. Когда баллон вскрыли, выяснилось, что он заполнен неизвестным белым порошком, оказавшимся политетрафторэтиленом. Исследование нового полимера показало его удивительную химическую стойкость и высокие электроизоляционные свойства. Сейчас из этого полимера прессуют многие важнейшие детали самолетов, машин, станков.

Широко используются и другие полимеры, в состав которых входит фтор. Это политрифторхлорэтилен (фторопласт-3), поливинилфторид, поливинилиденфторид. Если вначале полимеры, содержащие фтор, были лишь заменителями других пластмасс и цветных металлов, то сейчас они сами стали незаменимыми материалами.

Самые ценные свойства фторсодержащих пластмасс - их химическая и термическая устойчивость, небольшой удельный вес, низкая влагопроницаемость, отличные электроизоляционные характеристики, отсутствие хрупкости даже при очень низких температурах. Эти свойства обусловили широкое применение фторопластов в химической, авиационной, электротехнической, атомной, холодильной, пищевой и фармацевтической промышленности, а также в медицине.

Очень перспективными материалами считаются и фторсодержащие каучуки. В разных странах уже создано несколько типов каучукоподобных материалов, в молекулы которых входит фтор. Правда, ни один из них по совокупности свойств не возвышается над остальными каучуками в такой же мере, как фторопласт-4 над обычными пластмассами, но ценных качеств у них немало. В частности, они не разрушаются дымящейся азотной кислотой и не теряют эластичности в большом интервале температур

Самый реактивный элемент в Периодической таблице — Фтор. Несмотря на взрывоопасные свойства фтора, он является жизненно важным элементом для людей и животных, встречается и в питьевой воде, и в зубной пасте.

Просто факты

• Атомное число (число протонов в ядре) 9
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов) F
• Атомный вес (средняя масса атома) 18,998
• Плотность 0,001696 г / см3
• При комнатной температуре — газ
• Точка плавления минус 363,32 градуса по Фаренгейту (- 219,62°C)
• Точка кипения минус 306,62 градуса F (- 188,12°C)
• Число изотопов (атомов одного и того же элемента с различным числом нейтронов) 18
• Наиболее распространенные изотопы F-19 (100-% естественное изобилие)

Флюоритовый кристалл

Химики в течение многих лет пытались освободить элемент фтора от различных фторидов. Однако фтор не имеет свободной природы: ни одно химическое вещество не способно высвободить фтор от его соединений, из-за его реакционной природы.

Столетиями использовался минеральный плавиковый шпат для переработки металлов. Фторид кальция (CaF 2) применялся для отделения чистого металла от нежелательных минералов в руде. «Флюер» (от латинского слова «fluere») означает «течь»: текучеесвойство плавиковых шпатов позволяло делать металлы. Минерал также назывался чешским изумрудом, потому что использовался при травлении стекла.

В течение многих лет фторсодержащие соли или фториды использовались для сварки и для глазурного стекла. Например, фтористоводородная кислота использовалась для травления стекла лампочек.

Экспериментируя с плавиковым шпатом, учёные десятилетиями изучали его свойства и состав. Химики часто продуцировали фтористую кислоту (плавиковую кислоту, HF), невероятно реакционную и опасную кислоту. Даже небольшие брызги этой кислоты на коже могли оказаться фатальными. Многие учёных были ранены, ослеплены, отравлены или погибли во время экспериментов.

• В начале 19 века, Андре-Мари Ампер из Франции и Хамфри Дэви из Англии в 1813 году объявили об открытии нового элемента и назвали его фтором, по предложению Ампера.
• Генри Моисан, французский химик, наконец, выделил фтор в 1886 году методом электролиза сухого фтористого калия (KHF 2) и сухой фтористоводородной кислоты, за что был удостоен Нобелевской премии в 1906 году.

Отныне фтор является жизненно важным элементом в атомной энергетике. Он используется для производства гексафторида урана, который необходим для разделения изотопов урана. Гексафторид серы — газ, используемый для изоляции мощных трансформаторов.

Хлорфторуглероды (ХФУ) когда-то использовались в аэрозолях, холодильниках, кондиционерах, упаковках для пенных продуктов и огнетушителях. Эти виды использования были запрещены с 1996 года, поскольку они способствуют истощению озонового слоя. До 2009 года ХФУ использовались в ингаляторах для борьбы с астмой, но эти типы ингаляторов также были запрещены в 2013 году.

Фтор используется во многих фторсодержащих веществах, включая растворители и высокотемпературные пластмассы, такие как тефлон (поли -тетрафторэтен, ПТФЭ). Тефлон хорошо известен своими антипригарными свойствами и используется в сковородах. Ещё фтор используется для изоляции кабелей, для ленты водопроводчика и в качестве основы водонепроницаемых ботинок и одежды.

По данным лаборатории Джефферсона, фтор добавляется к городскому водоснабжению в пропорции одна часть на миллион, для предотвращения разрушения зубов. В зубную пасту добавляется несколько фторидных соединений — также для предотвращения разрушения зубов.

Хотя все люди и животные подвергаются воздействию фтора и нуждаются в нём, элемент фтор в достаточно большой дозе чрезвычайно токсичен и опасен. Фтор может естественным образом попадать в воду, воздух и на растительность, а также животную основу в небольших количествах. Большие количества фтора встречаются в некоторых пищевых продуктах, таких как чай и моллюски.

Хотя фтор необходим для поддержания прочности наших костей и зубов, его слишком большое количество может иметь обратный эффект, вызывающий остеопороз и распад зубов, а также он может навредить почкам, нервам и мышцам.

В своей газообразной форме фтор невероятно опасен. Небольшое количество фторсодержащего газа вызывает раздражение глаз и носа, а большие количества могут быть фатальными. Фтористоводородная кислота также является фатальной, даже при небольшом попадании на кожу.

Фтор, 13-й по распространению элемент земной коры; он обычно оседает в почве и легко сочетается с песком, галькой, углём и глиной. Растения могут поглощать фтор из почвы, хотя его высокие концентрации приводят к гибели растений. Например, кукуруза и абрикос относятся к растениям, которые наиболее подвержены повреждению при воздействии повышенных концентраций фтора.

Кто знал? Занимательные факты про фтор

• Фторид натрия — это крысиный яд.
• Фтор является наиболее химически реактивным элементом на нашей планете; он может взорваться при контакте с любыми элементами, за исключением кислорода, гелия, неона и криптона.
• Фтор также является наиболее электроотрицательным элементом; он привлекает электроны легче, чем любой другой элемент.
• В среднем количество фтора в организме человека составляет три миллиграмма.
• Фтор в основном добывается в Китае, Монголии, России, Мексике и Южной Африке.
• Фтор образуется в солнечных звёздах в конце их жизни («Астрофизический журнал в письмах» 2014 год). Элемент образуется при самых высоких давлениях и температурах внутри звезды, когда она расширяется, чтобы стать красным гигантом. Когда внешние слои звезды отбрасываются, создавая планетарную туманность, фтор перемещается вместе с другими газами в межзвёздную среду, в конечном итоге формируются новые звёзды и планеты.
• Около 25% лекарств и медикаментов, в том числе для рака, центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы, содержат некую форму фтора.

Согласно исследованию (отчёт в журнале «Journal of Fluorine Chemistry») в активных компонентах лекарственных средств, замены углерод-водородных или углерод-кислородных связей на углерод-фторсодержащие, обычно показывают улучшение эффективности лекарственных средств, включая повышение метаболической стабильности, увеличение связывания с молекулами-мишенями и улучшение проницаемости в мембраны.

Согласно этому исследованию, новое поколение противораковых лекарств, а также фтор-зонды для доставки лекарств было протестировано против стволовых клеток рака и продемонстрировали перспективность в борьбе с раковыми клетками. Исследователи обнаружили, что препараты, которые включали фтор, были в несколько раз более активными и демонстрировали лучшую стабильность, чем традиционные противораковые лекарственные средства.

Когда у ребенка режутся зубки, родители начинают волноваться: хватает ли малышу фтора? Для того, чтобы вы могли хоть примерно ориентироваться, сколько маленький получает этого микроэлемента, вот что нужно знать о фторе.

1. Фтор, который попадает в пищеварительную систему ребенка, через кровеносную систему переносится к зубам. Там он изнутри укрепляет эмаль и способствует предотвращению . Фтор, который попадает на зубы снаружи - если он содержится в зубной пасте или в веществе, которое наносит на зубки стоматолог, - помогает укрепить новую эмаль, которая формируется на зубах. Это называется природная реминерализация.
2. Развитие и укрепление постоянных зубов малютки начинаются еще... внутриутробно! Когда зубы находятся еще в деснах. Фтор, который попадает в организм малыша, сразу идет в зубки.
3. Интересно, что люди, живущие в местности, где содержания фтора в воде достаточное, на 50% реже страдают от кариеса.
4. Детские смеси, которые продаются в уже готовом виде, производятся на воде, не содержащей фтор.
5. Фтор, в отличие от других витаминов и минералов, может из полезного легко превратиться во вредный. То есть, его умеренное количество идет зубам на пользу, а вот чрезмерное вредит. Зубы начинают крошться - это заболевание называется флюороз. Если вашему ребенку прописали прием фторсодержащих препаратов, нельзя самостоятельно повышать дозу.
6. Донесите до ребенка, что глотать и ополаскиватели категорически запрещено. В них содержание фтора очень высокое. На зубную щетку выдавливайте небольшое количество пасты - размером примерно с горошинку. К слову, на упаковках с детской пастой это указано. А вот использовать "взрослую" пасту детям ни к чему.
7. Если ребенок употребляет фторсодержащие препараты, выбирайте ему пасту без фтора.
8. Обратите внимание на содержание фтора в воде, которую употребляет малыш - то есть ту, которую вы используете для приготовления ему супчиков и компотиков. Если она содержит хотя бы 0,3 части на миллион (то есть, 0,3 мл на литр), малышу не нужны фтористые добавки.
9. Если вы все же опасаетесь, что ваш малыш получает недостаточно фтора, учтите, что множество продуктов содержат фтор, причем в немалых количествах. Это и хлебные злаки, и овощи.
10. Медики до сих пор не пришли к единому мнению относительно необходимости приема фторсодержащих препаратов детьми, находящихся на грудном вскармливании. Одни утверждают, что фтора, содержащегося в мамином молочке вполне достаточно, другие утверждают, что микроэлемента там совсем мало. Но одно изветно точно: содержание фтора в

Как открытили фтор

И стория открытия фтора полна трагизма. Никогда еще при попытках открыть новые элементы не было принесено столько жертв, как при экспериментах, имевших целью выделить свободный фтор. История эта в общих чертах такова.

В 1670 г. немецкий химик К.Шванквард заметил, что если взять какой-нибудь сосуд из плавикового шпата с серной кислотой и покрыть его стеклянной пластинкой, то она будет разъедаться выделяющимися газами.

В 1768 г. ученым А.Марграфом была описана фтористоводородная (фтороводородная) кислота, которая затем в 1771 г. была изучена К.Шееле.

Впоследствии К.Шееле и Дж.Пристли пришли к выводу, что плавиковый шпат является кальциевой солью неизвестной кислоты, которую Шееле предложил назвать плавиковой, и в 1779 г. описал способ получения ее в сосудах из металла. Тридцать лет спустя Ж.Гей-Люссак и Л.Тенар получили безводную плавиковую кислоту.

Известный физик А.Ампер, узнав в 1810 г. о работах Г.Дэви и о том, что он склонен считать хлор элементом, высказал предположение, что в плавиковой кислоте должен существовать элемент, аналогичный по своим свойствам хлору и йоду, и что сама плавиковая кислота есть соединение водорода с особым элементом «флюором». Дэви вполне согласился с этим взглядом.

Латинское название fluor было произведено от латинского слова fluo – течь. Причиной этого названия было то обстоятельство, что плавиковая кислота получалась из минерала, известного еще Г.Агриколе под названием fluor lapis (флюорит – плавиковый шпат – СаF 2). Этот минерал долго употреблялся в виде плавня (флюса), т. к. при его прибавке к шихте точка плавления руд понижается.

Название «фтор» введено около 1810 г. Ампером, когда он ближе познакомился со свойствами плавиковой кислоты. Это слово происходит от греческого phthoros – разрушающий. Однако это название было принято только русскими химиками, а во всех других странах сохранилось название «флюор».

М ногочисленные попытки изоляции фтора оставались долгое время безрезультатными вследствие сильной активности элемента, вступавшего в момент его выделения во взаимодействие со стенками сосуда, водой и т.д.

Попытки получить свободный фтор окислением плавиковой кислоты не только окончились неудачей, но привели вследствие сильной ядовитости фтористого водорода к нескольким жертвам.

Два члена Ирландской академии наук – братья Георг и Томас Ноксы – были первыми жертвами фтора. Они сделали довольно остроумный аппарат из плавикового шпата, но не смогли получить свободный фтор. Томас Нокс вскоре скончался, отравившись, а его брат Георг потерял трудоспособность и вынужден был три года лечиться и отдыхать в Неаполе. Следующей жертвой был химик П.Лайет из Брюсселя, который, зная о последствиях опытов братьев Ноксов, самоотверженно продолжал их и также поплатился жизнью. Известный химик Дж.Никлес из Нанси также принял мученическую смерть. Гей-Люссак и Тенар значительно пострадали от действия на легкие небольших количеств фтороводорода. Испытываемое Дэви болезненное состояние после 1814 г. также приписывается отравлению фтороводородом. Эти неудачи дали повод заявить Г.Роско, что проблема выделения свободного фтора составляет «одну из самых трудных задач современной химии».

Но химики все же не теряли надежды на изолирование фтора. Дэви, например, был определенно убежден, что получение фтора может быть успешным, если только проводить процесс в сосудах из полевого шпата.

Попытка изолировать фтор была предпринята французским ученым Э.Фреми, учителем А.Муассана. Он приготовил безводную плавиковую кислоту и хотел электролизом получить фтор, но газ на аноде не выделился по причине его сильной активности.

В 1869 г. английскому электрохимику Г.Гору удалось получить немного свободного фтора, но он мгновенно соединялся с водородом (со взрывом). Этот ученый испробовал десятки веществ в качестве анода (уголь, платина, палладий, золото и т.п.), но смог лишь установить, что все они разрушаются фтором. Вместе с тем он пришел к выводу о необходимости понижать температуру электролизера, чтобы ослабить активность фтора.

Анри Муассан (1852–1907)

Все эти попытки не пропали даром и были учтены при последующих систематических опытах Муассаном, известным французским химиком конца XIX и начала ХХ столетий. Муассан построил U-образный электролизер сначала из платины, но позднее выяснилось, что его можно делать и из меди, т.к. последняя покрывается тонким слоем фтористой меди, препятствующей дальнейшему воздействию фтора. В качестве электролита была взята безводная плавиковая кислота. Но поскольку это вещество в безводном состоянии не проводит электричества, к нему было прибавлено небольшое количество гидродифторида калия КНF 2 . Для получения жидкого фтороводорода и уменьшения активности фтора весь аппарат погружался в охладительную смесь с хлористым этилом С 2 Н 5 Сl, кипящим при 12,5 °С. В результате было достигнуто охлаждение аппарата до –23 °С. Электроды были сделаны из платины или иридистой платины и изолировались пробками из плавикового шпата, который не мог реагировать с выделяющимся фтором. Для собирания фтора навинчивались другие медные трубки. В этом приборе в 1886 г. и был впервые получен фтор.

Два дня спустя Муассан известил об открытии Парижскую академию наук. «Можно было сделать различные предположения о природе выделившегося газа, – писал Муассан в этом заявлении.- Проще всего было бы предположить, что мы имеем дело с фтором, но было бы также, конечно, возможно, что это полифтористый водород или даже смесь фтористоводородной кислоты и озона, достаточно активная для того, чтобы объяснить то энергичное действие, которое оказывает этот газ на кристаллическую кремнекислоту».

Заявление Муассана было принято в академии, и по ее определению был назначен специальный комитет в составе авторитетных ученых для проверки открытия. Во время проверки аппарат Муассана «закапризничал», и экспериментатор не мог получить даже и пузырька фтора.

Сохранился рассказ известного французского химика А.Л. Ле Шателье о том, как впервые Муассан производил в Парижской академии наук опыты по выделению фтора.

«Получив небольшой уголок для занятий в лаборатории Фриделя в Новой Сорбонне (Парижском университете), Муассан спустя некоторое время заявил об успешном завершении опытов по получению элементарного фтора. Фридель не замедлил сделать об этом сообщение в академию наук. Была создана специальная комиссия для ознакомления с работами Муассана, которая и собралась в определенный день для этой цели. Муассан приступил к опыту, но, к его великому огорчению, опыт не удался: фтор получен не был.

Когда комиссия удалилась, Муассан со своим ассистентом начал тщательно анализировать весь ход их работ и искать причину неудачи опыта. В итоге они пришли к выводу, что этой причиной послужила, как это ни казалось бы странным, слишком чисто вымытая посуда. Поэтому-то не осталось и следов фтористого калия. Достаточно было Муассану прибавить в прибор к жидкому фтористому водороду немного фтористого калия и пропустить электрический ток, как немедленно получился свободный фтор.

На другой день Муассан получил уже вполне достаточное количество газа, чтобы убедить комитет в действительности своего открытия. Учитель Муассана Фреми тепло поздравил его и сказал: “Учитель всегда счастлив, когда он видит, что его ученики продвигаются дальше и выше, чем он сам”».

В 1925 г. был предложен более простой способ получения фтора. Электролитом здесь является гидродифторид калия. Сосуд для электролиза в этом случае делается из меди или никеля, а электроды из разных металлов: катод – из меди, а анод – из никеля. В несколько измененном виде этот способ применяется и в настоящее время.

Некоторые интересные факты из истории химии
Открытие галогенов
Открытие фтора

Выделение газообразного фтора из фторсодержащих веществ оказалось одной из самых трудных экспериментальных задач. Фтор обладает исключительной реакционной способностью; причем часто его взаимодействие с другими веществами происходит с воспламенением и взрывом.

Первыми жертвами фтора были два члена Ирландской Академии наук братья Георг и Томас Нокс. Томас Нокс скончался от отравления фтороводородом, а Георг стал инвалидом. Следующей жертвой стал бельгийский химик П. Лайет. Мученическую смерть при проведении опытов по выделению фтора принял французский химик Джером Никлес. Отравились, надышавшись небольшими количествами фтороводорода, а также получили серьезные ожоги французские химики Жозеф Гей-Люссак, Луи Тенар и английский химик Гемфри Дэви. При попытках выделить фтор при помощи электролиза его соединений нанесли ущерб своему здоровью французский химик Эдмон Фреми и английский электрохимик Георг Гор. Только в 1886 году французскому химику Анри Муассану сравнительно безболезненно удалось получить фтор. Муассан случайно обнаружил, что при электролизе смеси жидкого безводного HF и гидродифторида калия (KHF2) в платиновом сосуде на аноде выделяется светло-желтый газ со специфическим резким запахом. Однако, когда Муассан докладывал Парижской академии наук о своем открытии, один глаз ученого был закрыт черной повязкой:

Нобелевская премия по химии была присуждена Муассану в 1906 г "в признание большого объема исследований - получения элемента фтора и введения в лабораторную и промышленную практику электрической печи, названной его именем".

Открытие хлора

Первооткрывателем хлора оказался шведский аптекарь Карл Шееле, химическая интуиция которого была поистине поразительной, по словам французского химика Жана Батиста Дюма, Шееле "не мог прикоснуться к какому-либо телу без того, чтобы сделать открытие". В 32 года он был удостоен звания члена Стокгольмской академии наук, хотя был всего лишь аптекарским помощником, в том же году он получил место управляющего аптекой, принадлежавшей вдове Маргарите Соннеман, которая за два дня до смерти Шееле стала его женой.

Вот как описал Шееле свой опыт, выполненный в 1774 году: "Я поместил смесь черной магнезии с муриевой кислотой в реторту, к горлышку которой присоединил пузырь, лишенный воздуха, и поставил ее на песчаную баню. Пузырь наполнился газом, окрасившим его в желтый цвет: Газ имел желто-зеленый цвет, пронзительный запах":

Современное обозначение этой реакции таково: MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O.

В 1812 году французский химик Гей-Люссак дал этому газу современное название - хлор, что в переводе с греческого означает желто-зеленый.

Открытие брома

Бром был открыт двадцатичетырехлетним лаборантом Антуаном-Жеромом Баларом. Балар изучал маточные рассолы южных соляных болот Франции. Во время одного из опытов, когда он подействовал на рассол хлором, он заметил появление весьма интенсивной желтой окраски, вызванной реакцией взаимодействия содержащегося в растворе бромида натрия с хлором. Через несколько лет напряженной работы Балар выделил необходимое количество темно-бурой жидкости, названной им муридом. В Парижской Академии наук Гей-Люссак и Тенар подтвердили открытие Баларом нового простого вещества, но нашли название неудачным и предложили свое - "бром", что в переводе с греческого означало зловонный.

Впоследствии французский химик Шарль Жерар, не получивший кафедру химии во Французском колледже, которую передали Балару, высоко оценив открытие им брома, не смог удержаться от резкого восклицания: "Это не Балар открыт бром, а бром открыл Балара!"

Открытие иода

В 1811 году французский химик-технолог и фармацевт Бернар Куртуа открыл иод. Друзья его рассказывают любопытные подробности этого открытия. У Куртуа был любимый кот, который во время обеда сидел обычно на плече своего хозяина. Куртуа часто обедал в лаборатории. В один из дней во время обеда кот, чего-то испугавшись, прыгнул на пол, но попал на бутылки, стоявшие около лабораторного стола. В одной бутылке Куртуа приготовил для опыта суспензию золы водорослей (содержащей иодид натрия) в этаноле, а в другой находилась концентрированная серная кислота. Бутылки разбились и жидкости смешались. С пола стали подниматься клубы сине-фиолетового пара, которые оседали на окружающих предметах в виде мельчайших черно-фиолетовых кристалликов с металлическим блеском и едким запахом. Это и был новый химический элемент иод.

(Факты взяты из следующих книг: М. Джуа. История химии. 1975.; Б. Д. Степин, Л. Ю. Аликберова. Книга по химии для домашнего чтения. 1995. К. Манолов. Великие химики. (том 1, том 2), 1976.).