Fluor

9 oxigén ← fluor → neon - ↑ F ↓ Cl [He] 2s2 2p5 9 F Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	fluor, F, 9
Latin megnevezés	fluorum
Elemi sorozat	halogének
Csoport, periódus, mező	17, 2, p
Megjelenés	cseppfolyós fluor
Megjelenés	gáz: nagyon világos sárga; folyadék: világos sárga; szilárd: alfa fázis átlátszatlan, béta fázis átlátszó
Atomtömeg	18,998403163(6) g/mol
Elektronszerkezet	[He] 2s2 2p5
Elektronok héjanként	2, 7
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	gáz
Sűrűség	(0 °C, 101,325 kPa) 1,696 g/l
Olvadáspont	53,48 K (-219,67 °C, -363,41 °F)
Forráspont	85,03 K (-188,11 °C, -306,60 °F)
Olvadáshő$\Delta _{fus}{H}^{\ominus }$	(F2) 0,510 kJ/mol
Párolgáshő $\Delta _{vap}{H}^{\ominus }$	(F2) 6,51 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) (F2) 31,304 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 38 44 50 58 69 85
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	lap-középpontos monoklin (alacsony hőmérsékleten)
Oxidációs szám	−1 (oxidálja az oxigént)
Elektronegativitás	3,98 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 1681,0 kJ/mol
	2.: 3374,2 kJ/mol
	3.: 6050,4 kJ/mol
Atomsugár	50 pm
Atomsugár (számított)	42 pm
Kovalens sugár	64 pm
Van der Waals-sugár	135 pm
Egyebek
Mágnesség	diamágneses (−1,2×10−4)
Hőmérséklet-vezetési tényező	(300 K) 25,91 mW/(m·K)
CAS-szám	7782-41-4
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A fluor izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 18F nyomokban 109,77 perc β+ (96,9%) 0,634 18O ε (3,1%) 1,656 18O 19F 100% F stabil 10 neutronnal
Hivatkozások

Kalcium-fluorid kristályok (CaF₂)

A fluor a halogének csoportjába tartozó kémiai elem, a vegyjele F és a rendszáma 9. A fluor két atomos molekulaként fordul elő elemi állapotban (F₂) és a legreaktivabb és a legelektronegativabb az ősszes elemek közül.

Jellemzői

Az elemi fluor egy erősen maró, halványsárga vagy barnás színű gáz. Erős oxidálószer és könnyen reagál a legtöbb elemmel, még a nemesgázokkal (krypton, xenon, és radon) is. A hidrogénnel hideg, sötét körülmények között is robbanásszerűen reagál. A nedves levegőben reagál a vízzel; víz gőz, fluor áramban fényes lánggal ég, és az ugyancsak veszélyes hidrogén-fluorid vagy folysav (HF) keletkezik. Nagy reaktivitása miatt a természetben csak vegyületekben fordul elő. Megtámadja a sziliciumoxidot és ezért nem lehet előálitani és tárolni üveg edényekben, ezért speciális védő réteggel (fluorocarbon) ellátott kvarc palackban tárolják. Egyes fémeket (réz, nikkel) nem támadja meg a száraz, hideg fluor gáz, mert a felületen keletkezik egy ellenálló fluorid réteg. Melegítés hatására a fluor reagál a legtöbb fémmel, még az arany és a platina sem tud ellenállni.

A fluor felfedezése

A fluor egyik vegyületét a fluoritot mint ércek és salak olvadáspontjának csökkentésére használt adalékot 1530-ban Georgius Agricola megemlíti. Innen ered a fluorit mint folypát elnevezése. 1670-ben Schwanhard feljegyzi hogy az üveg edény melyben fluorit volt tárolva, sav jelenlétében bemaratódott. Karl Scheele és később sok más kutató köztük Humphry Davy, Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, kísérleteztek a hidrogén-fluoriddal, amit könnyen állítottak elő folypátból és tömény kénsavból. Rájöttek hogy a hidrogén-fluorid egy ismeretlen elemet tartalmaz, ennek ellenére a fluort, mint vegyi elemet alig 1886-ban állította elő Henri Moissan. Előállítása azért volt olyan nehéz mert azonnal reagál a közegben jelenlevő anyagokkal. Az akkori kutatok nem ismerték fel a folysav veszélyességét és ezért sokan egészségükkel (vakság) vagy életükkel fizettek, és mint a "fluor mártirjai" vannak számontartva. Moissan mukájával kiérdemelte 1906-ban a Nobel-díjat kémiából. Nem tisztázott ha, rövid életért (54 év) nem a fluorral való kísérletezések a felelősek.

A fluor előfordulása

A természetben állapotban található. Fontosabb ásványai:

• fluorit CaF₂ vagy folypát,
• kriolit Na₃(AlF₆),
• fluorapatit Ca₅(PO₄)₃.F.

Előállítása

Az egyetlen előállítási módszer, amit iparilag is használnak, a kálium-fluorid (KF) száraz hidrogén-fluorid (HF) oldat elektrolízise. Az oldatban a fluor mint diflorid ion van jelen (KHF₂). Az elektrolízist réz vagy nikkel edényekben végzik melyek egyben a katódot képezik és ahol keletkezik a fluor, és a grafit anodnál hidrogén fejlődik. A fluor felfedezésének századik évfordulóján rendezett konferencián Karl Christe bemutatott egy vegyi eljárást (elektrolízis nélkül) a fluor előálítására, de ennek nincs ipari fontossága. A reakció 150 °C-on megy végbe és a száraz folysav a közeg.

$\mathrm {2K_{2}MnF_{6}+4SbF_{6}\Rightarrow 4KSbF_{6}+MnF_{2}+F_{2}} \,\!$

Hatása az élővilágra

Az elemi fluor, a fluor-hidrogén és a vízben oldódó szervetlen fluoridok, nagyon mérgezők és maró hatásúak. Ezért nagy elővigyázattal kell kezelni és kerülni hogy a bőrre vagy a szembe kerüljenek. Mint említettük a fluor nagyon reaktív és szerves anyaggal érintkezvén, ebből hidrogént von el és hidrogén-fluorid (HF) keletkezik, ez az első lépés a bőr roncsolásában. A keletkezett HF, ellentétben más diszociált savakkal, nincs megállítva a sejt zsír membránja által így mélyebbre hatol, és ez a második és veszélyesebb lépés a bőr roncsolásában. Ezt még fokozza az is hogy az idegvégződések is károsodnak és az első fázisokban az égés fájdalom mentes. A hidrogén-fluor reagálhat a csont kálciumjával és idült csont károsodást okoz. Ennél veszélyesebb, a forgalomban levő kálcium megkötése, ami szívritmus zavart okoz, amit szivstop követhet. Ha egy HF ömlés a bőrfelület 2,5%-át érinti (ez kb. 23 cm²) és nincs azonnal bő vizzel le mosva, a sebesült nyílt, nehezen gyógyuló sebekkel marad, ha sikerül túlélni a balesetet.

A fluor felhasználása

• Fluorra, ipari mennyiségben szükség volt az atom bomba kivitelezésénél a második világháború idején. A természetes uránium kis mennyiségben tartalmaz ²³⁵U izotopot ami lánc-reakcióra képes, és nagy mennyiségben ²³⁸U izotópot. Izotópok külön választása elég nehéz művelet, mivel legtőbb tulajdonságuk megegyezik. Uránium esetében előállították az uránium-hexa-fluoridot (UF₆) amit felhevítve elpárologtaták és ezt egy speciális rácson difundáltatták. Az ²³⁵U floridja nagyobb mennyiségben difundál és így „dúsítot urániumot” lehetett előállítani. Az újabb eljárás ugyancsak UF₆ használ, de difuzió helyet a centrifugálást használja.
• A félvezető ipar és az új nanotehnologia, használják a fluor plazmát, maratásra
• Egyes eljárások használják a hidrogén-fluoridot a matt üveg előállítására (marja az üveget)
• Fuorozot polimereket hsználnak mint tapadásgátló bevonatokat: teflon
• A höelszivó berendezések még használják a freonokat mint hőszálitó közeget. A freonok az ozon ellenségei és ezért mind kevésbé használják. A freon negatív hatásáért nem a fluor a felelős hanem a klór.
• Az egészségügyben a fluor jelen van egyes érzéstelenitökben, antibiotikumokban, gombaölőszerekben, adalékokban egyes fogpasztákban mint fogszuvasodást gátló.
• Nagy adagban a nátrium-fluoridot mint rovarirtót használták.
• A hatvanas években kísérletek folytak a fluor használatára mint rakéta üzemanyag. Mérgező és maró hatása miatt a kutatások abbamaradtak.