Fluor
}}
Fluor (F, łac. fluorum) – pierwiastek chemiczny, niemetal z grupy fluorowców w układzie okresowym. Fluor w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki . Jest żółtozielonym silnie trującym gazem o ostrym zapachu podobnym do chloru.
Jest najaktywniejszym niemetalem o największej elektroujemności, tworzącym związki z większością z innych pierwiastków (nawet z gazami szlachetnymi – kryptonem, ksenonem i radonem). W przeciwieństwie do innych fluorowców fluor łączy się wybuchowo z wodorem tworząc fluorowodór bez dostępu światła i w niskiej temperaturze. W strumieniu gazowego fluoru palą się szkło, metale i woda. Z powodu jego dużej aktywności nie można go przechowywać, ani wytwarzać w naczyniach szklanych.
Fluor jest otrzymywany poprzez elektrolizę ciekłego fluorowodoru z dodatkiem wodorofluorku potasu ().
Wchodzi w skład kwasu fluorowodorowego i fluorków. W roztworze wodnym najczęściej występuje jako jon fluorkowy . Zdarzają się także jony kompleksowe, np. lub jon .
Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,054%. Jedynym stabilnym izotopem fluoru jest .
Zastosowanie
Gazowego fluoru używa się przy produkcji monomerów, fluorowanych alkenów, z których otrzymuje się teflon i jego pochodne. Oprócz tego jest stosowany do produkcji halonów, które są stosowane jako ciecze chłodzące i hydrauliczne (np. freon). Inne zastosowania:- kwas fluorowodorowy (HF) oraz fluorki litowców i amonu są używane do trawienia szkła, m.in. w żarówkach
- jednoatomowy fluor jest używany w produkcji półprzewodników
- sześciofluorku uranu () używa się do wzbogacania uranu
- heksafluoroglinian sodu (występujący naturalnie jako minerał kriolit) jest używany w elektrolitycznym otrzymywaniu glinu
- fluorek sodu był kiedyś używany jako insektycyd, głównie przeciwko karaluchom
- niektóre inne fluorki są często dodawane do past do zębów i (co budzi czasem kontrowersje) do wody pitnej, aby zapobiegać próchnicy zębów.
- sześciofluorek siarki () jest stosowany zamiast powietrza w rozdzielniach i transformatorach, gdyż ma 3 razy lepsze właściwości izolacyjne, niż powietrze, co zmniejsza potrzebne miejsce.
- Fluorodeoksyglukoza znakowana izotopem () jest wykorzystywana w pozytonowej emisyjnej tomografii komputerowej
Historia
Fluoryt (fluorek wapnia) został opisany w 1529 roku przez Georigiusa Agricolę z powodu jego użycia jako topnika ułatwiającego łączenie metali i minerałów. W 1670 roku Schwandhand odkrył, że szkło można trawić za pomocą fluorytu, na który podziałano kwasem. Carl Scheele i wielu późniejszych badaczy, w tym Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier i Louis Thenard eksperymentowali z kwasem fluorowodorowym, łatwo otrzymywanym z fluorytu przez potraktowanie go stężonym kwasem siarkowym.
W końcu zdano sobie sprawę z tego, że kwas fluorowodorowy zawiera wcześniej nie znany pierwiastek. Jednak przez wiele lat nie udawało się go wyodrębnić z powodu jego ogromnej aktywności chemicznej – z trudem jest wydzielany ze związku, po czym natychmiast reaguje z pozostałą częścią substancji wyjściowej. W 1886 roku fluor został otrzymany przez Henriego Moissana po prawie 74 latach nieustannych wysiłków. Moissanowi odkrycie fluoru przyniosło Nagrodę Nobla w 1906 roku Od początku XX wieku wiedziano, iż podawanie ludziom niewielkich dawek fluoru może sprawić, że staną się ulegli i podatni na manipulacje. Podczas II wojny światowej hitlerowcy szukając sposobu, aby otumanić więźniów obozów koncentracyjnych, zaczęli podawać im duże dawki fluoru w wodzie pitnej. Produkcja fluoru została zlecona koncernowi IG Farben z Frankfurtu nad Menem.
Pierwsza produkcja na skalę przemysłową fluoru została uruchomiona na potrzeby projektu Manhattan. Gazowy fluorek uranu () był wtedy używany do oddzielenia izotopów uranu (U-235 i U-238). Dzisiaj do wzbogacania uranu używa się fluorku uranu i metody dyfuzyjnej lub wirówkowej.
Jako pierwszy polską nazwę – fluor – zaproponował Filip Walter.
- Etap 1 – synteza substratów:
- 2 + 2KF + 10HF + → ↓ + +
- + 5HF → + 5HCl
- Etap 2 – reakcja właściwa:
- + → + + ↑
Była to pierwsza chemiczna (nie elektrochemiczna) metoda pozwalająca na otrzymanie fluoru pierwiastkowego ze znaczącą wydajnością (ok. 40%)<ref></ref>.
Związki
Fluor może zastępować wodór w związkach organicznych, dlatego liczba związków fluoru może być bardzo duża. Związki fluoru z gazami szlachetnymi po raz pierwszy otrzymali Howard Claassen, Henry Selig i John Malm w 1962 roku Pierwszym z tych związków był tetrafluorek ksenonu. Otrzymano również fluorki kryptonu i radonu.
Fluor otrzymuje się z fluorytu, kriolitu lub fluoroapatytu.
<center>
<imagemap>
Plik:The fluorine economy-pl.svgthumb600pxcenterProdukcja i wykorzystanie fluoru i jego związków. Kliknij na daną nazwę z grafiki by przejść do danego hasła.
rect 9 6 81 34 Fluoryt
rect 9 172 81 199 Fluoroapatyt
rect 142 5 244 34 Fluorowodór
rect 142 65 245 97 Wytop metali
rect 142 121 244 154 Produkcja szkła
rect 309 5 411 33 Związki fluoroorganiczne
rect 310 63 413 92 Heksafluoroglinian sodu
rect 311 121 414 154 Wytrawianie metali
rect 310 171 412 200 Kwas fluorokrzemowy
rect 309 211 412 243 Kraking alkanów
rect 483 6 585 34 Fluorowęglowodory
rect 484 47 585 76 Chlorofluorowęglowodory
rect 483 88 586 116 Freony
rect 483 128 585 160 Teflon
rect 484 170 586 200 Fluorowanie wody
rect 483 210 586 238 Wzbogacanie uranu
rect 484 258 586 287 Heksafluorek siarki
rect 484 297 585 357 Heksafluorek wolframu
rect 28 246 177 293 Fosfogips
desc bottom-left
</imagemap>
</center>
Znaczenie biologiczne fluoru
Fluor w odpowiednich ilościach jest pierwiastkiem niezbędnym dla prawidłowego rozwoju kości i zębów (odkłada się w nich w postaci fluoroapatytu)<ref name="Seńczuk"></ref>.
Gazowy fluor dobrze wchłania się przez drogi oddechowe i pokarmowe. Związki fluoru obecne np. w żywności dobrze wchłaniają się z dróg pokarmowych.
Pierwiastkowy fluor jak i jony fluorkowe są silnie toksyczne. Zaburza procesy enzymatyczne w komórkach hamując oddychanie tkankowe, przemianę węglowodanów, lipidów oraz syntezę hormonów. Sam fluor i niektóre jego związki działają żrąco powodując głębokie martwice. Wolny fluor ma charakterystyczny drażniący zapach i jest wyczuwalny nawet w stężeniu 20 ppm.
Po podaniu doustnym w dużych stężeniach związki fluoru powodują zatrucia ostre, na skutek żrącego działania wydzielającego się fluorowodoru. Dalsze objawy to płytki oddech, kurcz dłoni, drgawki, ślinotok i nudności. Bezpośrednią przyczyną zgonu w wyniku zatrucia fluorem jest porażenie ośrodka oddechowego.
Zatrucia przewlekłe małymi dawkami fluoru (fluoroza) objawiają się zaburzeniami w uwapnieniu kości, brunatnym cętkowaniem zębów, zmniejszeniem ruchliwości.
Dozwolone maksymalne stężenie przy założeniu 8-godzinnej ekspozycji na działanie fluoru to 0,05mg/m3 (czyli mniej, niż w przypadku cyjanowodoru).
Fluor i jego działanie na zęby
Fluor obecny w ślinie lub płynie tkankowym może modyfikować hydroksyapatyty szkliwa i poprzez odłączenie jonów wodorotlenowych tworzyć fluoroapatyty. Szkliwo posiadające te struktury ulega wzmocnieniu oraz wykazuje się większą opornością na działanie kwasów produkowanych przez bakterie próchnicotwórcze płytki nazębnej. Te specyficzne właściwości biorą się z faktu, iż fluoroapatyty wykazują lepszą krystaliczność, twardość oraz mniejszą rozpuszczalność w kwasach niż naturalnie występujące hydroksyapatyty<ref>Fluor – znaczenie fluoru, kariostatyczne działanie na zęby</ref>.
Środki ostrożności
Zarówno fluor jak i fluorowodór muszą być przechowywane z zachowaniem szczególnych środków ostrożności. Powinno się unikać wszelkiego kontaktu ze skórą lub oczami. Fluoru nie przechowuje się w szkle.