Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF2 - описано в конце XV века под названием "флюор" (от fluere - "течь", по свойству этого соединения понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава). В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту. Как один из элементов плавиковой кислоты, элемент фтор был предсказан в 1810 году, а выделен в свободном виде лишь 76 лет спустя Анри Муассаном в 1886 году электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF2.
Название "фтор" (от греч. fqoroz - разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского "Fluor".
Фтор является "чистым элементом", то есть в природе содержится только изотоп фтора 19F. Известны 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31. Самым долгоживущим из них является 18F с периодом полураспада 109,8 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.
В лабораторных условиях фтор можно получать с электролиза. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза, газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из фторида кальция со смазкой из оксида свинца(II) и глицерина. В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия открытия фтора, Карл Кристе открыл чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K2MnF6 и SbF5 при 150 °C:
K2MnF6 + 2SbF5 = 2KSbF6 + MnF3 + F2
Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен.
Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·3HF (часто с добавлениями фторида лития) при температуре около 100°С в стальных электролизёрах со стальным катодом и угольным анодом.
Слабо светло-оранжевый газ, в малых концентрациях запах напоминает одновременно озон и хлор, очень агрессивен и ядовит. Сжижается при 88 К, при 55 К переходит в твердое состояние с молекулярной кристаллической решёткой, которая может находиться в нескольких модификациях. Структура a-фтора (стабильная при атмосферном давлении) является моноклинной гранецентрированной.
Химические свойства:Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами (редкие исключения - фторопласты), и с большинством из них - с горением и взрывом. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до -252°C). Фтор также окислять кислород образуя фторид кислорода OF2.
С азотом фтор реагирует лишь в электрическом разряде, с платиной - при температуре красного каления. Некоторые металлы (Fe, Сu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с фтором с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции.
Фтор взаимодействует со многими сложными веществами. Он замещает все галогены в галогенидах, легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах или металлы в их солях:
НNО3(или NaNO3) + F2 => FNO3 + HF (или NaF);
Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с фтором при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, СО2 и О2.
В атмосфере фтора горит даже вода: 2F2 + 2H2O = 4HF + O2.
Фтор энергично реагирует с органическими веществами.
Фторид кислорода, OF2 ??? ...
...
Фтороводород - бесцветный газ с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C - бесцветная подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей.
Фториды ??? ...
...
Гексафторид серы, SF6 (элегаз) - тяжелый газ, практически бесцветный, обладает высокими электроизолирующими свойствами, высоким напряжением пробоя, при этом практически инертен.
Газообразный фтор используется для получения:
- гексафторида урана UF6 из UF4, применяемого для разделения изотопов урана для ядерной промышленности,
- трёхфтористого хлора ClF3 - фторирующий агент и мощный окислитель ракетного топлива,
- шестифтористой серы SF6 - газообразный изолятор в электротехнической промышленности,
- фреонов - хороших хладагентов,
- тефлонов - химически инертных полимеров,
- гексафтороалюмината натрия - для последующего получения алюминия электролизом и т.д.
ода – слабый электролит, диссоциирующий на ионы H+ и OH- - анионы.
Этому процессу соответствует константа диссоциации воды:
,
так как диссоциирует ничтожная часть молекул воды, то [H2O] – постоянная величина,
Кд* [H2O] = К H2O = [H+] [OH-] – ионное произведение воды,
К H2O = 1*10-14 (при 25° С)
К H2O – величина постоянная. Зная [H+] , можно вычислить [OH-] и наоборот.
При [H+] = [OH-] = 10 -7 моль/л – среда нейтральная
При [H+] > [OH-], [H+ ] > 10-7 моль/л – среда кислая
При [H+] < [OH-], [H+ ] < 10-7 моль/л – среда щелочная
Для характеристики среды растворов используют водородный показатель pH , который определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода [H+]
pH = - lg [H+]
если pH = 7 – среда нейтральная
pH > 7 - среда щелочная
pH < 7 - среда кислотная
В частности, при 25°С pH + pOH = pH2O = 14
Определить pH можно с индикаторов.
Индикатор – вещество существовать в двух формах – кислой и щелочной, в которых он имеет различную окраску.
Учитель химии демонстрирует изменение цвета индикатора в зависимости от среды растворов на примере лакмуса, метилового оранжевого, фенолфталеина.
Учитель математики:
Что же такое логарифм?
Слайд
lg 1=0
lg 105 =5
lg 10-2 =-2
lg a*b = lga + lgb
lg a/b =lga – lgb
lg an = n(lga)
lg a1/n =1/n(lga)
Вычисление десятичного логарифма на калькуляторе.
Учитель химии:
Вычислим pH нейтрального раствора, т.е. раствора, когда [H+] = [OH-] = 1*10-7
pH = -lg [H] = -lg (1*10-7) = - lg1 + (-lg 10-7 )= 0 +7*1=7=> pH нейтрального раствора равен 7
Задача 1. Вычислите значения pH для двух растворов из предыдущей задачи: вычислить [H+] в растворе:
где
а) [OH-] = 0,01 моль/л => [H+] = 1*10-12 раствор щелочной
б) [OH-] = 2*10-9 моль/л => [H+] = 5*10-5 раствор кислый
Слайд: Решение:
а) в первом случае установлено, что [H+] = 1*10-12
pH = -lg (1*10-12 )= -(-12)=12
среда = ?
б) для второго раствора [H+] = 1*10-6
pH = -lg (5*10-6)= -(lg5 + lg10-6 ) = -(0,699-6) = 5,3
среда = ?
Слайд:
Задача 2. Определите pH раствор с [H+] = 0,015М (моль/л)
Слайд:
pH = -lg[H+] = -lg 0,015 = -lg (1,5*10-2 ) = -lg 1,5 – lg (10-2 ) = -0,18 +2 =1,82
pH < 7, среда кислая
Вывод:
Кислотно - основные свойства имеют большое значение практически во всех областях народного хозяйства.
От кислотности или основности воды очень сильно зависит разложение химических загрязнителей в сточных водах, скорость коррозии металлических предметов, находящихся в воде, а также пригодность водной среды к обитанию в ней рыб и растений.
pH крови человека в норме 7,34 – 7,44 уменьшение этой величины ниже 6,8 и увеличение их до 8,0 приводит к гибели организма.