Фтор — химический элемент девятой группы периодической таблицы¶

Фтор (лат. fluorum, обозначение F, от греч. φλέω — «извергаю, изливаю») — химический элемент девятой группы второго периода периодической таблицы Менделеева, порядковый номер 9. Наиболее электроотрицательный и активный неметалл, образует самые прочные связи с другими элементарными атомами. В природе существует только в виде соединений, поскольку не встречается в свободном виде.

¶Свойства

Атомная масса фтора — 18,998403163(6) а. е. м. Единственный стабильный изотоп — ¹⁹F. Существуют радиоактивные изотопы, наиболее известен ¹⁸F (период полураспада 109,77 мин.), применяемый в позитронно-эмиссионной томографии.

Фтор — бледно-жёлтый газ с резким запахом, в 1,5 раза тяжелее воздуха. Температура кипения — −188,1 °C, температура плавления — −219,67 °C. Растворяется в жидком фторе, жидком азоте и воде (образуя гидрофторную кислоту).

Электроотрицательность по Полингу — 3,98 (наивысшая среди всех элементов). Сродство к электрону — 3,401 эВ. Фтор — сильнейший окислитель, способен окислять благородные газы (ксенон, криптон, аргон) и кислород.

¶История открытия

Первые попытки выделить фтор предпринял в 1771 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле, получивший плавиковую кислоту из плавикового шпата (CaF₂). В 1810 году французские химики Анри-Жозеф Гей-Люссак и Луи Жак Тенар независимо друг от друга описали «фтористый водород» как элементарное вещество.

Термин «фтор» ввёл в 1813 году Гей-Люссак. Элементарный фтор впервые выделил французский электрохимик Анри Муассан в 1886 году, пропуская электрический ток через безводную плавиковую кислоту, охлаждённую до −50 °C. За это открытие Муассан в 1906 году получил Нобелевскую премию по химии.

¶Нахождение в природе

Фтор — 13-й по распространённости элемент в земной коре (около 0,054 % по массе). Основные минералы: флюорит (CaF₂), криолит (Na₃AlF₆), апатиты (Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH)). Мировые запасы флюорита сосредоточены в Китае, Мексике, ЮАР и России. Крупнейшие месторождения в России — Тырныаузское (Кабардино-Балкария), Ярославское (Мурманская область).

¶Получение

Промышленный способ получения фтора — электролиз расплава криолита с плавиковой кислотой. В лаборатории фтор получают электролизом расплава KF·HF. Химические методы (реакция KMnO₄ с концентрированной H₂SO₄ и CaF₂) дают небольшие количества газа.

¶Применение

• Металлургия — флюорит и плавиковая кислота используются как флюсы при плавке стали и алюминия.
• Фторопласты — политетрафторэтилен (PTFE, фторопласт-4) и сополимеры обладают химической инертностью, диэлектрическими свойствами, применяются в машиностроении, электротехнике, медицине.
• Фреоны — хлорфторуглероды и гидрохлорфторуглероды, ранее широко использовавшиеся как хладагенты; в связи с разрушением озонового слоя производство первых ограничено Монреальским протоколом (1987).
• Фторирование воды — практика добавления фторидов в питьевую воду для профилактики кариеса, применяемая более чем в 60 странах.
• Ядерная промышленность — UF₆ используется для обогащения урана газовой центрифугой.
• Фармацевтика и агрохимия — около 20 % производимых пестицидов и значительная часть лекарственных средств содержат фтор.

¶Фтор и живые организмы

Фторид-ионы в малых концентрациях укрепляют зубную эмаль, однако их избыток вызывает флюороз — поражение эмали и костей. ПДК фтора в воздухе рабочей зоны — 0,5 мг/м³, в атмосферном воздухе населённых мест — 0,03 мг/м³.

¶Опасность

Элементарный фтор чрезвычайно ядовит и агрессивен. При вдыхании вызывает ожоги дыхательных путей, отёк лёгких, смерть при концентрации выше 0,12 % в воздухе. Хранят фтор в стальных баллонах под давлением, транспортируют в сжиженном виде.

¶Интересные факты

• Фтор — единственный элемент, названный в честь минерала (флюорита), а не наоборот.
• Связь H–F — самая прочная одноатомная связь в химии (568 кДж/моль).
• Фторид-ион — самый маленький анион (радиус 133 пм), что определяет высокую прочность фторидов щелочных металлов.

¶Исторические источники

• Менделеев Д. И. Основы химии, 1868–1871.
• Гей-Люссак А.-Ж., Тенар Л. Ж. Мемуары Парижской академии наук, 1810.
• Муассан А. Comptes rendus de l'Académie des sciences, 1886.
• Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы, М.: Норма-Инфра.