Фтор

Фтор,  ₉ F

Жидкий фтор (при экстремально низких температурах )
Фтор
Произношение	/ Е л ʊər я н , - ɪ п , - aɪ п / ( ПОЛ -een, -⁠in, -⁠yn ) / Е л ɔːr я н , - ɪ п , - aɪ п / ( ФЛОР -een, -⁠in, -⁠yn )
Аллотропы	альфа, бета
Внешность	газ: очень бледно-желтая жидкость: ярко-желтое твердое вещество: альфа непрозрачно, бета прозрачная
Стандартный атомный вес A r, std (F)	18.998 403 163 (6) [1]
Фтор в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон - ↑ F ↓ Cl кислород ← фтор → неон
Атомный номер ( Z )	9
Группа	группа 17 (галогены)
Период	период 2
Блокировать	p-блок
Электронная конфигурация	[ He ] 2s 2 2p 5 [2]
Электронов на оболочку	2, 7
Физические свойства
Фаза на  СТП	газ
Температура плавления	(F 2 ) 53,48  К (-219,67 ° С, -363,41 ° F) [3]
Точка кипения	(F 2 ) 85,03 К (-188,11 ° C, -306,60 ° F) [3]
Плотность (при СТП)	1,696 г / л [4]
в жидком состоянии (при  bp )	1,505 г / см 3 [5]
Тройная точка	53,48 К, 90 кПа [3]
Критическая точка	144,41 К, 5,1724 МПа [3]
Теплота испарения	6,51 кДж / моль [4]
Молярная теплоемкость	C p : 31 Дж / (моль · K) [5] (при 21,1 ° C) C v : 23 Дж / (моль · K) [5] (при 21,1 ° C)
Давление газа P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. при  T  (K) 38 44 50 58 69 85
Атомные свойства
Состояния окисления	-1 (окисляет кислород)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 3,98 [2]
Энергии ионизации	1-я: 1681 кДж / моль 2-я: 3374 кДж / моль 3-я: 6147 кДж / моль ( подробнее ) [6]
Ковалентный радиус	64  вечера [7]
Радиус Ван-дер-Ваальса	135 часов [8]
Спектральные линии фтора
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	кубический
Теплопроводность	0,02591 Вт / (м · К) [9]
Магнитный заказ	диамагнитный (−1,2 × 10 −4 ) [10] [11]
Количество CAS	7782-41-4 [2]
История
Именование	в честь минерала флюорита , названного в честь латинского fluo (течь, при плавке)
Открытие	Андре-Мари Ампер (1810)
Первая изоляция	Анри Муассан [2] (26 июня 1886 г.)
Названный	Хэмфри Дэви
Основные изотопы фтора [12]
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Товар 18 F след 109,8 мин. β + (97%) 18 O ε (3%) 18 O 19 F 100% стабильный
Категория: фтор Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Фтор - это химический элемент с символом F и атомным номером 9. Это самый легкий галоген, существующий в стандартных условиях в виде высокотоксичного двухатомного газа бледно-желтого цвета . Как наиболее электроотрицательный элемент, он чрезвычайно реактивен, так как реагирует со всеми другими элементами, кроме аргона , неона и гелия .

Среди элементов фтор занимает 24- е место по общему содержанию и 13-е по распространенности на суше . Флюорит , основной минеральный источник фтора, давший этому элементу название, был впервые описан в 1529 году; так как он был добавлен в металлические руды для понижения их температуры плавления при плавлении , латинский глагол fluo, означающий «поток», дал минералу свое название. Предложенный в качестве элемента в 1810 году фтор оказалось трудно и опасно отделить от его соединений, и несколько первых экспериментаторов умерли или получили травмы в результате своих попыток. Только в 1886 году французский химик Анри Муассан выделил элементарный фтор с помощью низкотемпературного электролиза., процесс, который до сих пор используется в современном производстве. Промышленное производство газообразного фтора для обогащения урана , его наибольшее применение, началось во время Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны .

Из-за дороговизны очистки чистого фтора в большинстве коммерческих применений используются соединения фтора, при этом примерно половина добываемого флюорита используется в сталеплавильном производстве . Остальной флюорит превращается в коррозионный фтористый водород на пути к различным органическим фторидам или в криолит , который играет ключевую роль в рафинировании алюминия . Молекулы, содержащие связь углерод-фтор, часто обладают очень высокой химической и термической стабильностью; в основном они используются в качестве хладагентов , электрической изоляции и кухонной посуды, последнее - в качестве PTFE (тефлона). Фармацевтические препараты, такие как аторвастатин и флуоксетин, содержат связи C-F. ВИон фтора из растворенных фторидных солей препятствует развитию кариеса и поэтому находит применение в зубной пасте и фторировании воды . Мировые продажи фторсодержащих химикатов составляют более 15 миллиардов долларов США в год.

Фторуглеродные газы обычно представляют собой парниковые газы с потенциалом глобального потепления в 100–23 500 раз больше, чем у углекислого газа , причем SF 6 имеет самый высокий потенциал глобального потепления из всех известных веществ. Фторорганические соединения часто сохраняются в окружающей среде из-за прочности связи углерод-фтор . Фтор не имеет известной метаболической роли у млекопитающих; Некоторые растения и морские губки синтезируют фторорганические яды (чаще всего монофторацетаты ), которые помогают сдерживать хищников. ^[13]

Характеристики [ править ]

Электронная конфигурация [ править ]

Атомы фтора имеют девять электронов, на один меньше, чем у неона , и электронная конфигурация 1s ² 2s ² 2p ⁵ : два электрона в заполненной внутренней оболочке и семь во внешней оболочке, требующей заполнения еще одного. Внешние электроны неэффективны при ядерной защите и испытывают высокий эффективный ядерный заряд 9 - 2 = 7; это влияет на физические свойства атома. ^[2]

Первая энергия ионизации фтора занимает третье место среди всех элементов после гелия и неона ^[14], что затрудняет удаление электронов с нейтральных атомов фтора. Она также имеет высокое сродство к электрону , второй только хлору , ^[15] и , как правило , чтобы захватить электрон , чтобы стать изоэлектронными с благородным газом неоном; ^[2] он имеет самую высокую электроотрицательность среди всех элементов. ^[16] Атомы фтора имеют небольшой ковалентный радиус около 60  пикометров , как и у его соседей по периоду с кислородом и неоном. ^{[17][18] [примечание 1]}

Реакционная способность [ править ]

Внешнее видео
Яркое пламя во время реакции фтора
Фтор реагирует с цезием

Энергия связи в difluorine значительно ниже , чем у любого Cl
₂или Br
₂и аналогично легко расщепляемой пероксидной связи; это, наряду с высокой электроотрицательностью, объясняет легкую диссоциацию фтора, высокую реакционную способность и прочные связи с атомами, не содержащими фтора. ^{[19] [20]} И наоборот, связи с другими атомами очень сильны из-за высокой электроотрицательности фтора. Инертные вещества, такие как порошковая сталь, осколки стекла и волокна асбеста, быстро реагируют с холодным газообразным фтором; дерево и вода самопроизвольно воспламеняются под струей фтора. ^{[4] [21]}

Реакции элементарного фтора с металлами требуют различных условий. Щелочные металлы вызывают взрывы, а щелочно-земельные металлы проявляют большую активность в массе; Чтобы предотвратить пассивацию из-за образования слоев фторида металлов, большинство других металлов, таких как алюминий и железо, должны быть измельчены ^[19], а для благородных металлов требуется чистый газообразный фтор при температуре 300–450 ° C (575–850 ° F). ^[22] Некоторые твердые неметаллы (сера, фосфор) активно вступают в реакцию с жидким фтором. ^[23] Сероводород ^[23] и диоксид серы ^[24] легко соединяются с фтором, последний иногда взрывоопасен; серная кислотапроявляет гораздо меньшую активность, требует повышенных температур. ^[25]

Водород , как и некоторые щелочные металлы, взрывоопасно реагирует с фтором. ^[26] Углерод , как ламповая сажа , реагирует при комнатной температуре с образованием фторметана . Графит соединяется с фтором при температуре выше 400 ° C (750 ° F) с образованием нестехиометрического монофторида углерода ; при более высоких температурах образуются газообразные фторуглероды , иногда со взрывами. ^[27] Диоксид углерода и монооксид углерода реагируют при комнатной температуре или чуть выше нее, ^[28] тогда как парафины и другие органические химические вещества вызывают сильные реакции: ^[29] даже полностью замещенные галогеналканы, такие кактетрахлорметан , обычно негорючий, может взорваться. ^[30] Хотя трифторид азота стабилен, азот требует электрического разряда при повышенных температурах для протекания реакции с фтором из-за очень сильной тройной связи в элементарном азоте; ^[31] аммиак может вступить в реакцию со взрывом. ^{[32] [33]} Кислород не соединяется с фтором в условиях окружающей среды, но его можно заставить реагировать с помощью электрического разряда при низких температурах и давлениях; при нагревании продукты имеют тенденцию распадаться на составные части. ^{[34] [35] [36]} Более тяжелые галогены ^[37]легко реагирует с фтором, как и благородный газ радон ; ^[38] из других благородных газов реагируют только ксенон и криптон , и только в особых условиях. ^[39]

Фазы [ править ]

При комнатной температуре, фтор представляет собой газ из двухатомных молекул , ^[4] бледно - желтого цвета в чистом виде (иногда называют желто-зеленым цветом). ^[40] Он имеет характерный галогеноподобный резкий и едкий запах, обнаруживаемый при концентрации 20 частей на  миллиард . ^[41] Фтор конденсируется в ярко-желтую жидкость при температуре –188 ° C (–306 ° F), температуре перехода, аналогичной температуре кислорода и азота. ^[42]

Фтор имеет две твердые формы: α- и β-фтор. Последний кристаллизуется при -220 ° C (-364 ° F) и является прозрачным и мягким, с такой же неупорядоченной кубической структурой свежеокристаллизованного твердого кислорода ^{[42] [примечание 2], в} отличие от орторомбических систем других твердых галогенов. ^{[46] [47]} Дальнейшее охлаждение до -228 ° C (-378 ° F) вызывает фазовый переход в непрозрачный и твердый α-фтор, который имеет моноклинную структуру с плотными, расположенными под углом слоями молекул. Переход от β- к α-фтору более экзотермичен, чем конденсация фтора, и может быть бурным. ^{[46] [47] [примечание 3]}

Изотопы [ править ]

В природе в изобилии встречается только один изотоп фтора - стабильный изотоп.¹⁹
F . ^[48] Он имеет высокое магнитологическое соотношение ^{[примечание 4]} и исключительную чувствительность к магнитным полям; поскольку это также единственный стабильный изотоп , он используется в магнитно-резонансной томографии . ^[50] Синтезировано семнадцать радиоизотопов с массовыми числами от 14 до 31, из которых18F является наиболее стабильным с периодом полураспада 109,77 минут. Другие радиоизотопы имеют период полураспада менее 70 секунд; большая часть распадается менее чем за полсекунды. ^[51] Изотопы¹⁷
F и¹⁸
F подвергаются β + -распаду и захвату электронов , более легкие изотопы распадаются с испусканием протонов , а те, которые тяжелее¹⁹
F испытывают β - распад (самые тяжелые с испусканием запаздывающих нейтронов ). ^{[51] [52]} Известны два метастабильных изомера фтора,^18м
F с периодом полураспада 162 (7) наносекунды, и^26м
F с периодом полураспада 2,2 (1) миллисекунды. ^[53]

Возникновение [ править ]

Вселенная [ править ]

Среди легких элементов, обилие значение фтора в 400  млрд - (частей на миллиард) - среди 24 - элементов во Вселенной - это исключительно низкий: другие элементы от углерода до магния двадцать или более раз , как общие. ^[55] Это связано с тем, что процессы звездного нуклеосинтеза обходят фтор, и любые атомы фтора, созданные иным образом, имеют высокое ядерное сечение , что позволяет в дальнейшем синтезировать водород или гелий с образованием кислорода или неона соответственно. ^{[55] [56]}

Помимо этого временного существования, присутствию фтора были предложены три объяснения: ^{[55] [57]}

• во время сверхновых типа II бомбардировка атомов неона нейтрино может трансмутировать их во фтор;
• солнечный ветер звезд Вольфа – Райе мог уносить фтор от любых атомов водорода или гелия; или же
• фтор подтверждается конвекционными токами, возникающими в результате слияния в асимптотических звездах ветви гигантов .

Земля [ править ]

Фтор является тринадцатым по распространенности элементом в земной коре, его концентрация составляет 600–700 частей на миллион (частей на миллион) по массе. ^[58] Элементарный фтор не встречается в природе. ^{[59] [60]} Вместо этого весь фтор существует в виде фторидсодержащих минералов. Флюорит , фторапатит и криолит являются наиболее промышленно значимыми. ^{[58] [61]} Флюорит, также известный как плавиковый шпат ( CaF
₂), широко распространенный во всем мире, является основным источником фтора и, следовательно, фтора. Китай и Мексика - основные поставщики. ^{[61] [62] [63] [64] [65]} Фторапатит (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F), который содержит большую часть фторидов в мире, является непреднамеренным источником фторида в качестве побочного продукта при производстве удобрений. ^[61] Криолит ( Na
₃AlF
₆), используемый в производстве алюминия, является наиболее богатым фтором минералом. Экономически жизнеспособные природные источники криолита исчерпаны, и большая часть в настоящее время синтезируется в промышленных масштабах. ^[61]

• Флюорит: розовая шаровидная масса с кристаллическими гранями.

• Фторапатит: длинный призматический кристалл без блеска, выходящий под углом из агрегатоподобной породы.

• Криолит: контур в форме параллелограмма с двухатомными молекулами, расположенными в два слоя.

Другие минералы, такие как топаз, содержат фтор. Фториды, в отличие от других галогенидов, нерастворимы и не встречаются в коммерчески выгодных концентрациях в соленой воде. ^[61] Следовые количества фторорганических соединений неопределенного происхождения были обнаружены при извержениях вулканов и геотермальных источниках. ^[66] Существование газообразного фтора в кристаллах, о чем свидетельствует запах измельченного антозонита , вызывает споры; ^{[67] [68]} исследование 2012 г. сообщило о присутствии 0,04% F
₂по весу в антозоните, приписывая эти включения радиации из-за присутствия крошечных количеств урана . ^[68]

История [ править ]

Ранние открытия [ править ]

В 1529 году Георгиус Агрикола описал флюорит как добавку, используемую для понижения температуры плавления металлов во время плавки . ^{[69] [70] [примечание 5]} Он написал латинское слово fluorēs ( флюор , поток) для обозначения флюоритовых пород. Позже название превратилось в плавиковый шпат (до сих пор широко используемый), а затем в флюорит . ^{[62] [74] [75]} Позже было установлено, что флюорит представляет собой дифторид кальция . ^[76]

Плавиковая кислота использовалась при травлении стекла с 1720 года. ^{[примечание 6]} Андреас Сигизмунд Маргграф впервые охарактеризовал его в 1764 году, когда он нагрел флюорит с серной кислотой, и полученный раствор разъел его стеклянный сосуд. ^{[78] [79]} Шведский химик Карл Вильгельм Шееле повторил эксперимент в 1771 году и назвал кислотный продукт fluss-spats-syran (плавиковая кислота). ^{[79] [80]} В 1810 году французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что водород и элемент, аналогичный хлору, составляют плавиковую кислоту. ^[81] Он также предложил в письме сэру Хэмфри Дэвиот 26 августа 1812 года, что это неизвестное тогда вещество может быть названо фтором от плавиковой кислоты и суффикса -ine для других галогенов. ^{[82] [83]} Это слово, часто с модификациями, используется в большинстве европейских языков; однако греческий, русский и некоторые другие, следуя более позднему предложению Ампера, используют имя ftor или производные от греческого φθόριος ( phthorios , деструктивный). ^[84] Новое латинское название fluorum дало элементу его текущий символ F ; Fl использовался в ранних работах. ^{[85] [примечание 7]}

Изоляция [ править ]

Первоначальные исследования фтора были настолько опасны, что несколько экспериментаторов 19-го века были сочтены «мучениками фтора» после неудач с плавиковой кислотой. ^{[примечание 8]} Выделение элементарного фтора было затруднено из-за чрезвычайной коррозионной активности как самого элементарного фтора, так и фтороводорода, а также из-за отсутствия простого и подходящего электролита . ^{[76] [86]} Эдмон Фреми предположил, что электролиз чистого фтороводорода для образования фтора возможен, и разработал метод получения безводных образцов из подкисленного бифторида калия ; вместо этого он обнаружил, что образующийся (сухой) фтористый водород не проводит электричество. ^{[76][86] [87]} Бывший ученик Фреми, Анри Муассан , проявил настойчивость и после долгих проб и ошибок обнаружил, что смесь бифторида калия и сухого фтористого водорода является проводником, обеспечивающим электролиз. Чтобы предотвратить быструю коррозию платины в своих электрохимических ячейках , он охладил реакцию до чрезвычайно низких температур в специальной ванне и выковал ячейки из более прочной смеси платины и иридия , а также использовал флюоритовые пробки. ^{[86] [88]} В 1886 году, после 74 лет усилий многих химиков, Муассан выделил элементарный фтор. ^{[87] [89]}

В 1906 году, за два месяца до его смерти, Муассан получил Нобелевскую премию по химии , ^[90] со следующей цитатой: ^[86]

[В] признание великих заслуг, оказанных им в его исследовании и выделении элемента фтора ... Весь мир восхищался великим экспериментальным мастерством, с которым вы изучили этого дикого зверя среди элементов. ^{[примечание 9]}

Более позднее использование [ править ]

Подразделение Frigidaire компании General Motors (GM) экспериментировало с хлорфторуглеродными хладагентами в конце 1920-х годов, а Kinetic Chemicals была образована как совместное предприятие GM и DuPont в 1930 году в надежде продавать фреон-12 ( CCl2F2) как один из таких хладагентов . Он заменил более ранние и более токсичные соединения, повысил спрос на кухонные холодильники и стал прибыльным; к 1949 году DuPont выкупила Kinetic и начала продавать несколько других фреоновых соединений. ^{[79] [91] [92] [93]} Политетрафторэтилен (тефлон) был случайно обнаружен в 1938 году Роем ​​Дж. Планкеттом во время работы над хладагентами в Kinetic, и его превосходная химическая и термическая стойкость позволила ускорить его коммерциализацию и массовое производство к 1941 году. . ^{[79] [91] [92]}

Крупномасштабное производство элементарного фтора началось во время Второй мировой войны. Германия использовала высокотемпературный электролиз для производства тонн запланированного зажигательного трифторида хлора ^[94], а Манхэттенский проект использовал огромные количества для производства гексафторида урана для обогащения урана. Поскольку УФ
₆столь же агрессивен, как фтор, для газодиффузионных установок требуются специальные материалы: никель для мембран, фторполимеры для уплотнений и жидкие фторуглероды в качестве охлаждающих и смазочных материалов. Эта быстроразвивающаяся ядерная промышленность позже стала стимулом послевоенного развития фторхимии. ^[95]

Соединения [ править ]

Фтор имеет богатый химический состав, охватывающий органические и неорганические домены. Он соединяется с металлами, неметаллами, металлоидами и большинством благородных газов ^[96] и почти всегда имеет степень окисления -1. ^{[примечание 10]} Высокое сродство фтора к электрону приводит к предпочтению ионной связи ; когда он образует ковалентные связи , они полярные и почти всегда одиночные . ^{[99] [100] [примечание 11]}

Металлы [ править ]

Щелочные металлы образуют ионные и хорошо растворимые монофториды ; они имеют кубическое расположение хлорида натрия и аналогичных хлоридов. ^{[101] [102]} Дифториды щелочноземельных металлов обладают прочными ионными связями, но нерастворимы в воде ^[85], за исключением дифторида бериллия , который также обладает некоторыми ковалентными свойствами и имеет структуру, подобную кварцу . ^[103] Редкоземельные элементы и многие другие металлы образуют в основном ионные трифториды . ^{[104] [105] [106]}

Ковалентная связь в первую очередь проявляется в тетрафторидах : циркония , гафния ^{[107] [108]} и некоторых актинидов ^[109] ионные с высокими температурами плавления ^{[110] [примечание 12],} а у титана , ^[113] ванадия , ^[114] и ниобий являются полимерными ^[115], плавящимися или разлагающимися при температуре не выше 350 ° C (660 ° F). ^[116] Пентафториды продолжают эту тенденцию со своими линейными полимерами и олигомерными комплексами. ^{[117] [118][119]} Известнотринадцать гексафторидов металлов, ^{[примечание 13]} все октаэдрические, и в основном это летучие твердые вещества, но для жидкого MoF6и ReF6, и газообразный WF6. ^{[120] [121] [122]} Гептафторид рения , единственный охарактеризованный гептафторид металла , представляет собой легкоплавкое молекулярное твердое вещество с пентагональной бипирамидальной молекулярной геометрией . ^[123] Фториды металлов с большим количеством атомов фтора особенно реактивны. ^[124]

Водород [ править ]

Водород и фтор объединяются с образованием фтороводорода, в котором отдельные молекулы образуют кластеры за счет водородных связей, больше напоминающие воду, чем хлористый водород . ^{[125] [126] [127]} Он кипит при гораздо более высокой температуре, чем более тяжелые галогениды водорода, и в отличие от них смешивается с водой. ^[128] Фтористый водород легко гидратируется при контакте с водой с образованием водного фтороводорода, также известного как фтористоводородная кислота. В отличие от других галогеноводородных кислот, которые являются сильными , фтористоводородная кислота является слабой кислотой при низких концентрациях. ^{[129] [примечание 14]} Однако он может разрушать стекло, чего не могут сделать другие кислоты.^[131]

Другие реактивные неметаллы [ править ]

Бинарные фториды металлоидов и неметаллов с p-блоком обычно ковалентны и летучие с различной реакционной способностью. Неметаллы периода 3 и более тяжелые могут образовывать гипервалентные фториды. ^[133]

Трифторид бора плоский и имеет неполный октет. Он действует как кислота Льюиса и соединяется с основаниями Льюиса, такими как аммиак, с образованием аддуктов . ^[134] Тетрафторид углерода является тетраэдрическим и инертным; ^{[примечание 15]} его аналоги группы , кремний и тетрафторид германия, также являются тетраэдрическими ^[135], но ведут себя как кислоты Льюиса. ^{[136] [137]} В подгруппа азота образуют трифторидов , что увеличение реакционной способности и основности с более высокой молекулярной массой, хотя трифторида азота , резистов гидролиза и не является основным. ^[138]Пентафториды фосфора, мышьяка и сурьмы более реакционноспособны, чем их соответствующие трифториды, при этом пентафторид сурьмы является самой сильной из известных нейтральных кислот Льюиса. ^{[117] [139] [140]}

Халькогены имеют различные фториды: о нестабильных дифторидах сообщалось для кислорода (единственное известное соединение с кислородом в степени окисления +2), серы и селена; тетрафториды и гексафториды существуют для серы, селена и теллура. Последние стабилизируются большим количеством атомов фтора и более легкими центральными атомами, поэтому гексафторид серы особенно инертен. ^{[141] [142]} Хлор, бром и йод могут образовывать моно-, три- и пентафториды, но только гептафторид йода охарактеризован среди возможных межгалогеновых гептафторидов. ^[143]Многие из них являются мощными источниками атомов фтора, и промышленное применение трифторида хлора требует мер предосторожности, аналогичных тем, которые используются при использовании фтора. ^{[144] [145]}

Благородные газы [ править ]

Благородные газы , имеющие полные электронные оболочки, не вступали в реакцию с другими элементами до 1962 года, когда Нил Бартлетт сообщил о синтезе гексафтороплатината ксенона ; ^С тех пор были выделены ^[147] дифторид , тетрафторид , гексафторид ксенона и множественные оксифториды. ^[148] Среди других благородных газов, криптон образует дифторид , ^[149] и радон и фтор генерирует твердый предположительно радон дифторид . ^{[150] [151]}Бинарные фториды легких благородных газов исключительно нестабильны: аргон и фтористый водород объединяются в экстремальных условиях с образованием фторгидрида аргона . ^[39] Гелий и неон не содержат долгоживущих фторидов ^[152], а фторид неона никогда не наблюдался; ^[153] Фторгидрид гелия был обнаружен за миллисекунды при высоких давлениях и низких температурах. ^[152]

Органические соединения [ править ]

Углерод-фтор связь является органической химии «с сильным, ^[155] и дает устойчивость к organofluorines. ^[156] В природе его практически не существует, но он используется в искусственных соединениях. Исследования в этой области обычно проводятся с помощью коммерческих приложений; ^[157] используемые соединения разнообразны и отражают сложность, присущую органической химии. ^[91]

Дискретные молекулы [ править ]

Замена атомов водорода в алкане на все большее количество атомов фтора постепенно изменяет несколько свойств: точки плавления и кипения снижаются, плотность увеличивается, растворимость в углеводородах уменьшается, а общая стабильность увеличивается. Перфторуглероды ^{[примечание 16],} в которых все атомы водорода замещены, нерастворимы в большинстве органических растворителей, реагируя в условиях окружающей среды только с натрием в жидком аммиаке. ^[158]

Термин « перфторированное соединение» используется для обозначения того, что в противном случае было бы перфторуглеродом, если бы не присутствие функциональной группы , ^{[159] [примечание 17]} часто карбоновой кислоты . Эти соединения имеют много общих свойств с перфторуглеродами , такие как стабильность и гидрофобность , ^[161] в то время как функциональная группа увеличивает их реакционная способность , что позволяет им придерживаться поверхностей или действовать в качестве поверхностно -активных веществ ; ^[162] Фторсодержащие ПАВ , в частности, могут снизить поверхностное натяжение воды больше, чем их аналоги на углеводородной основе. Фтортеломеры, которые имеют несколько нефторированных атомов углерода рядом с функциональной группой, также считаются перфторированными. ^[161]

Полимеры [ править ]

Полимеры демонстрируют такое же повышение стабильности, которое дает замещение фтором (водорода) в дискретных молекулах; их температуры плавления обычно также увеличиваются. ^[163] Политетрафторэтилен (ПТФЭ), простейший фторполимер и перфторированный аналог полиэтилена со структурной единицей - CF
₂-, демонстрирует это изменение, как и ожидалось, но его очень высокая температура плавления затрудняет формование. ^[164] Различные производные ПТФЭ менее устойчивы к температуре, но их легче формовать: фторированный этиленпропилен заменяет некоторые атомы фтора трифторметильными группами, перфторалкоксиалканы делают то же самое с трифторметоксигруппами , ^[164] и Нафион содержит боковые цепи перфторэфира, закрытые группами сульфоновой кислоты. . ^{[165] [166]} Другие фторполимеры сохраняют некоторые атомы водорода; поливинилиденфторид имеет половину атомов фтора, чем ПТФЭ иполивинилфторид имеет четверть, но оба ведут себя как перфторированные полимеры. ^[167]

Производство [ править ]

Элементарный фтор и практически все соединения фтора производятся из фтороводорода или его водных растворов, плавиковой кислоты . Фтористый водород образуется в печах с помощью эндотермической реакции из флюорита (CaF ₂ ) с серной кислотой: ^[168]

CaF ₂ + H ₂ SO ₄ → 2 HF (г) + CaSO ₄

Затем газообразный HF можно абсорбировать водой или сжижать. ^[169]

Около 20% произведенного HF является побочным продуктом производства удобрений, при котором образуется гексафторкремниевая кислота (H ₂ SiF ₆ ), которая может разлагаться с выделением HF термически и путем гидролиза:

H ₂ SiF ₆ → 2 HF + SiF ₄

SiF ₄ + 2 H ₂ O → 4 HF + SiO ₂

Промышленные маршруты к F ₂ [ править ]

Метод Муассана используется для производства промышленных количеств фтора путем электролиза смеси фторида калия / фтористого водорода : ионы водорода и фторида восстанавливаются и окисляются на стальном катоде контейнера и аноде из углеродного блока под напряжением 8–12 вольт, чтобы произвести водород и фтор соответственно. ^{[63] [170]} Повышенные температуры, KF • 2HF плавится при 70 ° C (158 ° F) и электролизуется при 70–130 ° C (158–266 ° F). KF, который действует как катализатор, очень важен, поскольку чистый HF не может быть подвергнут электролизу. ^{[79] [171] [172]}Фтор можно хранить в стальных баллонах с пассивированными внутренними поверхностями при температурах ниже 200 ° C (392 ° F); в противном случае можно использовать никель. ^{[79] [173]} Регулирующие клапаны и трубопроводы изготовлены из никеля, возможно, вместо него используется монель . ^[174] Необходимо проводить частую пассивацию, а также строго исключать попадание воды и жиров. В лаборатории стеклянная посуда может содержать газообразный фтор при низком давлении и в безводных условиях; ^[174] некоторые источники вместо этого рекомендуют системы никель-монель-ПТФЭ. ^[175]

Лабораторные маршруты [ править ]

Готовясь к конференции 1986 года, посвященной столетию достижений Муассана, Карл О. Кристе рассуждал, что химическое образование фтора должно быть возможным, поскольку у некоторых анионов фторида металлов нет стабильных нейтральных аналогов; их подкисление потенциально может вызвать окисление. Он разработал метод выделения фтора с высоким выходом и атмосферным давлением: ^[176]

2 KMnO 4 + 2 KF + 10 HF + 3 H 2 O 2 → 2 K ₂ MnF ₆ + 8 H 2 O + 3 O 2 ↑

2 К ₂ MnF ₆ + 4 SbF 5 → 4 KSbF ₆ + 2 MnF 3 + F ₂ ↑

Позднее Кристе прокомментировал, что реагенты «были известны более 100 лет, и даже Муассан мог придумать эту схему». ^[177] Еще в 2008 году в некоторых источниках утверждалось, что фтор слишком реактивен для любого химического выделения. ^[178]

Промышленное применение [ править ]

Добыча флюорита, обеспечивающая наибольшее количество фтора в мире, достигла пика в 1989 году, когда было добыто 5,6 миллиона метрических тонн руды. Ограничения по хлорфторуглеродам снизили этот показатель до 3,6 млн. Тонн в 1994 году; производство с тех пор увеличивается. В 2003 году было получено около 4,5 миллионов тонн руды и выручка в размере 550 миллионов долларов США; более поздние отчеты оценили глобальные продажи фторсодержащих химикатов в 2011 году в 15 миллиардов долларов и прогнозировали производственные показатели в 2016–2018 годах от 3,5 до 5,9 миллионов тонн, а выручку - не менее 20 миллиардов долларов. ^{[79] [179] [180] [181] [182]} Пенная флотацияразделяет добытый флюорит на два основных металлургических сорта в равных пропорциях: метшпат с чистотой 60–85% почти весь используется при выплавке чугуна, тогда как кислотный шпат с чистотой 97% в основном превращается в ключевой промышленный промежуточный фтористый водород. ^{[63] [79] [183]}

Интерактивная диаграмма фторхимической промышленности по массовым расходам

Ежегодно производится не менее 17 000 метрических тонн фтора. Он стоит всего 5–8 долларов за килограмм в виде гексафторида урана или серы, но во много раз дороже как элемент из-за проблем с обращением. В большинстве процессов, в которых используется свободный фтор в больших количествах, используется генерация in situ при вертикальной интеграции . ^[184]

Наибольшее применение газообразного фтора, потребляющее до 7000 метрических тонн в год, связано с приготовлением UF
₆для ядерного топливного цикла . Фтор используется для фторирования тетрафторида урана , который сам образован из диоксида урана и плавиковой кислоты. ^[184] Фтор является моноизотопом, поэтому любые различия в массе между UF
₆ молекулы обусловлены наличием ²³⁵
U или²³⁸
U , позволяющий обогащать уран с помощью газовой диффузии или газовой центрифуги . ^{[4] [63]} Около 6000 метрических тонн в год идет на производство инертного диэлектрика SF.
₆для высоковольтных трансформаторов и автоматических выключателей, устраняя необходимость в опасных полихлорированных дифенилах, связанных с маслонаполненными устройствами. ^[185] Некоторые соединения фтора используются в электронике: гексафторид рения и вольфрама при химическом осаждении из паровой фазы , тетрафторметан при плазменном травлении ^{[186] [187] [188]} и трифторид азота в очистном оборудовании. ^[63] Фтор также используется в синтезе органических фторидов, но его реакционная способность часто требует преобразования сначала в более мягкий ClF.
₃, BrF
₃, или ЕСЛИ
₅, которые вместе позволяют откалиброванное фторирование. Вместо этого в фторированных фармацевтических препаратах используется тетрафторид серы . ^[63]

Неорганические фториды [ править ]

Как и в случае с другими сплавами железа, на каждую метрическую тонну стали добавляется около 3 кг (6,5 фунта) метшпата; ионы фтора понижают его температуру плавления и вязкость . ^{[63] [189]} Помимо своей роли добавки в таких материалах, как эмали и покрытия сварочных стержней, большая часть кислотного шпата реагирует с серной кислотой с образованием плавиковой кислоты, которая используется при травлении стали, травлении стекла и растрескивании алканов . ^[63] Одна треть HF идет на синтез криолита и трифторида алюминия , оба флюса в процессе Холла-Эру.для извлечения алюминия; пополнение необходимо из-за их случайных реакций с плавильным аппаратом. На каждую метрическую тонну алюминия требуется около 23 кг (51 фунт) флюса. ^{[63] [190]} Фторсиликаты потребляют вторую по величине часть, при этом фторсиликат натрия используется при фторировании воды и очистке сточных вод, а также в качестве промежуточного продукта на пути к криолиту и тетрафториду кремния. ^[191] К другим важным неорганическим фторидам относятся кобальт , никель и аммоний . ^{[63] [102] [192]}

Органические фториды [ править ]

Фторуглероды потребляют более 20% добываемого флюорита и более 40% плавиковой кислоты, при этом преобладают хладагенты, а доля фторполимеров на рынке увеличивается. ^{[63] [193]} Поверхностно-активные вещества - незначительное применение, но приносят более 1 миллиарда долларов годового дохода. ^[194] Из-за опасности прямых реакций углеводород-фтор при температуре выше -150 ° C (-240 ° F) промышленное производство фторуглеродов является косвенным, в основном через реакции обмена галогенов, такие как фторирование Свартса , при котором хлорфторуглероды заменяются на фтор с помощью фтороводород под катализаторами. Электрохимическое фторированиеподвергают углеводороды электролизу во фтористом водороде, а процесс Фаулера обрабатывает их твердыми носителями фтора, такими как трифторид кобальта . ^{[91] [195]}

Газообразные хладагенты [ править ]

Галогенированные хладагенты, в неформальном контексте называемые фреонами ^{[примечание 18]} , обозначаются числами R, которые обозначают количество присутствующих фтора, хлора, углерода и водорода. ^{[63] [196]} Хлорфторуглероды (ХФУ), такие как R-11 , R-12 и R-114, когда - то преобладали в фторуглеродах, пик их производства пришелся на 1980-е годы. Используемые для систем кондиционирования воздуха, пропеллентов и растворителей, их производство было ниже одной десятой этого пика к началу 2000-х годов после широкого международного запрета. ^[63]Гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ) были разработаны в качестве замены; на их синтез расходуется более 90% фтора в органической промышленности. Важные ГХФУ включают R-22, хлордифторметан и R-141b . Основным ГФУ является R-134a ^[63] с новым типом молекулы HFO-1234yf , гидрофторолефин (HFO), получивший известность благодаря своему потенциалу глобального потепления менее 1% по сравнению с HFC-134a. ^[197]

Полимеры [ править ]

Около 180 000 метрических тонн фторполимеров было произведено в 2006 и 2007 годах, принося доход более 3,5 миллиардов долларов в год. ^[198] Мировой рынок оценивался в чуть менее 6 миллиардов долларов в 2011 году и, по прогнозам, будет расти на 6,5% в год до 2016 года. ^[199] Фторполимеры могут быть образованы только путем полимеризации свободных радикалов. ^[163]

Политетрафторэтилен (ПТФЭ), иногда называемый DuPont тефлоном ^[200], составляет 60–80% по массе мирового производства фторполимеров. ^[198] Наибольшее применение в области электроизоляции, поскольку ПТФЭ является отличным диэлектриком . Он также используется в химической промышленности, где необходима коррозионная стойкость, для покрытия труб, труб и прокладок. Еще одним важным использование в PFTE покрытием стеклоткани для стадионных крыш. Основное потребительское применение - посуда с антипригарным покрытием . ^[200] Рваная пленка PTFE становится расширенным PTFE (ePTFE), мелкопористой мембраной, которую иногда называют торговой маркой Gore-Tex.и используется для изготовления дождевиков, защитной одежды и фильтров ; Волокна ePTFE могут использоваться для изготовления уплотнений и пылевых фильтров . ^[200] Другие фторполимеры, включая фторированный этиленпропилен , имитируют свойства ПТФЭ и могут заменять его; они более пластичны, но также более дороги и имеют более низкую термостойкость. Пленки из двух разных фторполимеров заменяют стекло в солнечных элементах. ^{[200] [201]}

Химически стойкие (но дорогие) фторированные иономеры используются в качестве мембран электрохимических ячеек, первым и наиболее ярким примером которых является Nafion . Разработанный в 1960-х годах, он первоначально использовался в качестве материала топливных элементов в космических кораблях, а затем заменил хлорно - щелочные технологические элементы на основе ртути . В последнее время применение топливных элементов возродилось с попытками установить топливные элементы с протонообменной мембраной в автомобили. ^{[202] [203] [204]} Фторэластомеры, такие как витон, представляют собой сшитые смеси фторполимеров, в основном используемые в уплотнительных кольцах ; ^[200] перфторбутан(C ₄ F ₁₀ ) используется в качестве средства пожаротушения. ^[205]

Поверхностно-активные вещества [ править ]

Фторсодержащие ПАВ - это небольшие молекулы фторорганического соединения, используемые для отталкивания воды и пятен. Хотя они дороги (сравнимы с фармацевтическими препаратами по цене 200–2000 долларов за килограмм), к 2006 году они принесли годовой доход более 1 миллиарда долларов; Одна только компания Scotchgard принесла в 2000 году более 300 миллионов долларов. ^{[194] [206] [207]} Фторсодержащие ПАВ составляют меньшинство на общем рынке поверхностно-активных веществ, большая часть которых занята гораздо более дешевыми продуктами на углеводородной основе. Применение в красках обременены компаундирования затрат; в 2006 г. это использование было оценено всего в 100 миллионов долларов ^[194].

Сельскохозяйственная химия [ править ]

Около 30% агрохимикатов содержат фтор ^[208], большинство из которых - гербициды и фунгициды с некоторыми регуляторами урожая . Замена фтором, обычно одного атома или максимум трифторметильной группы, представляет собой надежную модификацию с эффектами, аналогичными фторированным фармацевтическим препаратам: увеличенное время биологического пребывания, пересечение мембраны и изменение молекулярного распознавания. ^[209] Трифлуралин является ярким примером, с крупномасштабным использованием в США в качестве weedkiller, ^{[209] [210]} , но это канцероген и было запрещено во многих европейских странах. ^[211] Монофторацетат натрия(1080) - яд млекопитающих, в котором два атома водорода уксусной кислоты заменены фтором и натрием; он нарушает клеточный метаболизм, заменяя ацетат в цикле лимонной кислоты . Впервые синтезированный в конце 19-го века, он был признан инсектицидом в начале 20-го, а затем был использован в настоящее время. Новая Зеландия, крупнейший потребитель 1080, использует его для защиты киви от агрессивного австралийского опоссума . ^[212] Европа и США запретили 1080. ^{[213] [214] [примечание 19]}

Лекарственные препараты [ править ]

Стоматологическая помощь [ править ]

Популяционные исследования, начиная с середины 20 века, показывают, что фторид местного действия снижает кариес зубов . Впервые это было связано с превращением гидроксиапатита зубной эмали в более прочный фторапатит, но исследования предварительно фторированных зубов опровергли эту гипотезу, и современные теории предполагают, что фторид способствует росту эмали при небольшом кариесе. ^[215] После исследований детей в районах, где фторид естественным образом присутствует в питьевой воде, в 1940-х годах началось контролируемое фторирование систем водоснабжения для борьбы с кариесом ^[216], и теперь оно применяется для водоснабжения 6 процентов населения мира, в том числе двух треть американцев. ^{[217] [218]}Обзоры научной литературы 2000 и 2007 годов связывают фторирование воды со значительным сокращением кариеса у детей. ^[219] Несмотря на такие одобрения и доказательства отсутствия побочных эффектов, кроме в основном доброкачественного флюороза зубов , ^[220] все еще существует возражение по этическим соображениям и соображениям безопасности. ^{[218] [221]} Преимущества фторирования уменьшились, возможно, из-за других источников фтора, но их все еще можно измерить в группах с низким доходом. ^[222] Монофторфосфат натрия и иногда фторид натрия или олова (II) часто встречаются во фторидных зубных пастах., впервые представленный в США в 1955 году и теперь повсеместно распространенный в развитых странах, наряду с фторированными жидкостями для полоскания рта, гелями, пенами и лаками. ^{[222] [223] [ актуально? - обсудить ]}

Фармацевтика [ править ]

Двадцать процентов современных фармацевтических препаратов содержат фтор. ^[224] Один из них, понижающий холестерин аторвастатин (липитор), приносил больше доходов, чем любой другой препарат, пока в 2011 году он не стал генериком. ^[225] Комбинированный рецептурный препарат от астмы Серетид , входивший в десятку самых прибыльных препаратов в середине 2000-х годов , содержит два активных ингредиента, один из которых - флутиказон - фторирован. ^[226] Многие лекарства фторированы, чтобы замедлить инактивацию и продлить периоды дозировки, потому что связь углерод-фтор очень стабильна. ^[227] Фторирование также увеличивает липофильность, поскольку связь более гидрофобна, чем связь углерод-водород., и это часто помогает в проникновении через клеточную мембрану и, следовательно, в биодоступности . ^[226]

Трициклические и другие антидепрессанты до 1980-х годов имели несколько побочных эффектов из-за их неизбирательного взаимодействия с нейротрансмиттерами, отличными от серотониновой мишени; фторированный флуоксетин оказался селективным и одним из первых избежал этой проблемы. Многие современные антидепрессанты получают такое же лечение, включая селективные ингибиторы обратного захвата серотонина : циталопрам , его изомер эсциталопрам , а также флувоксамин и пароксетин . ^{[228] [229]} Хинолоны - это искусственные антибиотики широкого спектра действия.которые часто фторированы для усиления их действия. К ним относятся ципрофлоксацин и левофлоксацин . ^{[230] [231] [232] [233]} Фтор также находит применение в стероидах: ^[234] флудрокортизон - это минералокортикоид , повышающий кровяное давление , а триамцинолон и дексаметазон - сильные глюкокортикоиды . ^[235] Большинство ингаляционных анестетиков сильно фторированы; Галотан- прототип гораздо более инертен и эффективен, чем его современники. Более поздние соединения, такие как фторированные эфиры севофлуран и десфлуран лучше галотана и почти нерастворимы в крови, что позволяет быстрее просыпаться. ^{[236] [237]}

ПЭТ сканирование [ править ]

Фтор-18 часто содержится в радиоактивных индикаторах для позитронно-эмиссионной томографии, так как его период полураспада, составляющий почти два часа, достаточно велик, чтобы его можно было транспортировать от производственных объектов до центров визуализации. ^[238] Наиболее распространенным индикатором является фтордезоксиглюкоза ^[238], которая после внутривенной инъекции поглощается тканями, требующими глюкозы, такими как мозг и большинство злокачественных опухолей; ^[239] Компьютерная томография может затем использоваться для получения подробных изображений. ^[240]

Кислородные носители [ править ]

Жидкие фторуглероды могут удерживать большие объемы кислорода или углекислого газа, больше, чем кровь, и привлекли внимание из-за их возможного использования в искусственной крови и жидкостном дыхании. ^[241] Поскольку фторуглероды обычно не смешиваются с водой, их необходимо смешивать с эмульсиями (маленькие капли перфторуглерода, взвешенные в воде), чтобы использовать их в качестве крови. ^{[242] [243]} Один из таких продуктов, Oxycyte , прошел начальные клинические испытания. ^[244] Эти вещества могут помочь спортсменам, работающим на выносливость, и запрещены для занятий спортом; смерть одного велосипедиста в 1998 году побудила к расследованию жестокого обращения с ним. ^{[245] [246]}Применение дыхания с использованием чистой перфторуглеродной жидкости (в которой используется чистая перфторуглеродная жидкость, а не водная эмульсия) включает помощь пострадавшим от ожогов и недоношенным детям с недостаточностью легких. Рассматривалось частичное и полное наполнение легких, хотя только первое было проведено сколько-нибудь значительных испытаний на людях. ^{[247] Компания} Alliance Pharmaceuticals достигла клинических испытаний, но от нее отказались, поскольку результаты не были лучше, чем у обычных методов лечения. ^[248]

Биологическая роль [ править ]

Фтор не важен для людей и млекопитающих, но известно, что небольшие количества полезны для укрепления зубной эмали (где образование фторапатита делает эмаль более устойчивой к воздействию кислот, образующихся при бактериальной ферментации сахаров). Небольшие количества фтора могут быть полезны для прочности костей, но последнее не установлено окончательно. ^[249] И ВОЗ ^[250], и Институт медицины Национальных академий США ^[251] публикуют рекомендованную суточную норму (RDA) и максимально допустимое потребление фтора, которое зависит от возраста и пола.

Природные фторорганические соединения были обнаружены в микроорганизмах и растениях ^[66], но не в животных. ^[252] Наиболее распространенным является фторацетат , который используется в качестве защиты от травоядных по меньшей мере 40 растений в Африке, Австралии и Бразилии. ^[213] Другие примеры включают концевые фторированные жирные кислоты , фторацетон и 2-фторцитрат. ^[252] Фермент, связывающий фтор с углеродом - аденозилфторидсинтаза - был обнаружен у бактерий в 2002 году. ^[253]

Токсичность [ править ]

Элементарный фтор очень токсичен для живых организмов. Его эффекты у людей начинаются при концентрациях ниже 50 ppm ^[255] цианида водорода и аналогичны эффектам хлора: ^[256] значительное раздражение глаз и дыхательной системы, а также поражение печени и почек возникают при концентрациях выше 25 ppm, что представляет собой непосредственную опасность для жизни и здоровья фтора. ^[257] Глаза и нос серьезно повреждаются при концентрации 100 ppm ^[257], а вдыхание 1000 ppm фтора вызывает смерть за считанные минуты ^[258] по сравнению с 270 ppm для цианистого водорода. ^[259]

Фтор

Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Формулировки опасности GHS	H270 , H330 , H314 , H318 [260]
NFPA 704 (огненный алмаз)	4 0 4 W OX

Плавиковая кислота [ править ]

Плавиковая кислота является самой слабой из галогеноводородных кислот, ее pKa составляет 3,2 при 25 ° C. ^[262] Это летучая жидкость из-за наличия водородных связей (в то время как другие галогеноводородные кислоты являются газами). Он способен разрушать стекло, бетон, металлы, органические вещества. ^[263]

Плавиковая кислота - это контактный яд с большей опасностью, чем многие сильные кислоты, такие как серная кислота, даже несмотря на то, что она слабая: она остается нейтральной в водном растворе и, таким образом, быстрее проникает в ткани, будь то при вдыхании, проглатывании или через кожу, и по крайней мере девять американских рабочих погибли. в таких авариях с 1984 по 1994 год. Он вступает в реакцию с кальцием и магнием в крови, что приводит к гипокальциемии и возможной смерти от сердечной аритмии . ^[264] Образование нерастворимого фторида кальция вызывает сильную боль ^[265], а ожоги размером более 160 см ² (25 из ² ) могут вызвать серьезную системную токсичность. ^[266]

Воздействие может быть незаметным в течение восьми часов для 50% HF, увеличиваясь до 24 часов для более низких концентраций, и ожог может первоначально быть безболезненным, поскольку фтористый водород влияет на нервную функцию. Если кожа подверглась воздействию HF, повреждение можно уменьшить, промыв ее под струей воды в течение 10–15 минут и сняв загрязненную одежду. ^[267] Затем часто применяется глюконат кальция , обеспечивающий связывание ионов кальция с фторидом; ожоги кожи можно лечить 2,5% гелем глюконата кальция или специальными растворами для полоскания. ^{[268] [269] [270]}Абсорбция фтористоводородной кислоты требует дальнейшего лечения; Глюконат кальция можно вводить инъекционно или внутривенно. Использование хлорида кальция - обычного лабораторного реагента - вместо глюконата кальция противопоказано и может привести к серьезным осложнениям. Может потребоваться иссечение или ампутация пораженных частей. ^{[266] [271]}

Фторид-ион [ править ]

Растворимые фториды умеренно токсичны: 5–10 г фторида натрия или 32–64 мг фторид-ионов на килограмм массы тела представляют собой смертельную дозу для взрослых. ^[272] Одна пятая смертельной дозы может вызвать неблагоприятные последствия для здоровья ^[273], а хроническое чрезмерное потребление может привести к флюорозу скелета , от которого страдают миллионы людей в Азии и Африке. ^{[273] [274]} Проглоченный фторид образует в желудке фтористоводородную кислоту, которая легко всасывается в кишечнике, где он проникает через клеточные мембраны, связывается с кальцием и препятствует выделению с мочой различных ферментов . Пределы воздействия определяются путем анализа мочи на способность организма выводить фторид-ионы. ^{[273] [275]}

Исторически сложилось так, что большинство случаев отравления фторидами было вызвано случайным проглатыванием инсектицидов, содержащих неорганические фториды. ^[276] Большинство обращений в токсикологические центры по поводу возможного отравления фтором поступают из-за проглатывания фторсодержащей зубной пасты. ^[273] Другой причиной является неисправное оборудование для фторирования воды: в результате одного инцидента на Аляске пострадало почти 300 человек и погиб один человек. ^[277] Опасности, связанные с зубной пастой для маленьких детей, усугубляются, и Центры по контролю и профилактике заболеваний рекомендуют присматривать за чисткой зубов детьми младше шести лет, чтобы они не проглотили зубную пасту. ^[278]В одном региональном исследовании за год были изучены отчеты об отравлении фторидом у подростков, в которых насчитывалось 87 случаев, включая один случай смерти от приема инсектицида. У большинства не было никаких симптомов, но около 30% имели боли в животе. ^[276] Более крупное исследование, проведенное в США, дало аналогичные результаты: 80% случаев касались детей в возрасте до шести лет, и было несколько серьезных случаев. ^[279]

Проблемы окружающей среды [ править ]

Атмосфера [ править ]

Монреальский протокол , подписанный в 1987 году, установлены строгие правила по хлорфторуглеродов (ХФУ) и бромфторуглероды из - за их озоноразрущающей (ОРС). Высокая стабильность, которая подходила для их первоначального применения, также означала, что они не разлагались до тех пор, пока не достигли больших высот, где высвободившиеся атомы хлора и брома атаковали молекулы озона. ^[281] Даже с учетом запрета и ранних признаков его эффективности предсказания предупреждали, что пройдет несколько поколений до полного выздоровления. ^{[282] [283]} Гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), составляющие одну десятую ОРС ХФУ, являются нынешней заменой, ^[284]и сами по себе намечены к замене к 2030–2040 годам на гидрофторуглероды (ГФУ) без хлора и с нулевым ОРП. ^[285] В 2007 году эта дата была перенесена на 2020 год для развитых стран; ^[286] Агентство по охране окружающей среды уже запрещено одно производства HCFC и закрывают те из двух других в 2003 году ^[285] фторуглеродных газов , как правило , парниковые газов с потенциалом глобального потепления (ПГП) от 100 до 10000; гексафторид серы имеет значение около 20 000. ^[287] Исключением является HFO-1234yf, представляющий собой новый тип хладагента, называемый гидрофторолефином.(HFO) и привлек мировой спрос благодаря своему GWP менее 1 по сравнению с 1430 для текущего стандарта хладагента HFC-134a . ^[197]

Биоперсистентность [ править ]

Фторорганические соединения проявляют биостойкость благодаря прочности связи углерод-фтор. Перфторалкиловые кислоты (PFAA), которые плохо растворимы в воде из-за их кислотных функциональных групп, являются стойкими органическими загрязнителями ; ^[289] Наиболее часто исследуются перфтороктансульфоновая кислота (ПФОС) и перфтороктановая кислота (ПФОК). ^{[290] [291] [292]}PFAA были обнаружены в следовых количествах во всем мире от белых медведей до людей, при этом известно, что PFOS и PFOA содержатся в грудном молоке и крови новорожденных. Обзор 2013 года показал небольшую корреляцию между уровнями PFAA в грунтовых водах и почве и деятельностью человека; не было четкой картины преобладания одного химического вещества, и более высокие количества ПФОС были связаны с более высокими количествами ПФОК. ^{[290] [291] [293]} В организме PFAA связываются с белками, такими как сывороточный альбумин ; они, как правило, концентрируются в организме человека в печени и крови, прежде чем выводиться через почки. Время пребывания в организме сильно варьируется в зависимости от вида: у грызунов период полураспада составляет дни, а у человека - годы. ^{[290] [291] [294]}Высокие дозы ПФОС и ПФОК вызывают рак и смерть новорожденных грызунов, но исследования на людях не установили эффекта при нынешних уровнях воздействия. ^{[290] [291] [294]}

См. Также [ править ]

Примечания [ править ]

Источники [ править ]

Цитаты [ править ]

Проиндексированные ссылки [ править ]

External links[edit]

• Media related to Fluorine at Wikimedia Commons