فلورین یک عنصر شیمیایی (نماد F، عدد اتمی 9)، غیرفلزی است که در گروه هالوژن ها قرار دارد. فعال ترین و الکترونگاتیوترین ماده است. در دما و فشار معمولی، مولکول فلوئور یک گاز سمی زرد کم رنگ با فرمول F2 است. مانند سایر هالیدها، فلوئور مولکولی بسیار خطرناک است و در تماس با پوست باعث سوختگی شدید شیمیایی می شود.
استفاده
فلوئور و ترکیبات آن به طور گسترده ای استفاده می شود، از جمله برای تولید داروها، مواد شیمیایی کشاورزی، سوخت ها و روان کننده ها و منسوجات. از هیدروفلوریک اسید برای حکاکی شیشه استفاده می شود، در حالی که پلاسمای فلوئور برای تولید نیمه هادی ها و سایر مواد استفاده می شود. غلظت پایین یون F در خمیر دندان و آب آشامیدنی ممکن است به جلوگیری از پوسیدگی دندان کمک کند، در حالی که غلظت های بالاتر در برخی حشره کش ها یافت می شود. بسیاری از داروهای بیهوشی عمومی از مشتقات هیدروفلوئوروکربن هستند. ایزوتوپ 18F منبعی از پوزیترون برای به دست آوردن پزشکی است.تصویربرداری توموگرافی گسیل پوزیترون، و هگزا فلوراید اورانیوم برای جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم و تولید اورانیوم غنی شده برای نیروگاه های هسته ای استفاده می شود.
تاریخچه کشف
کانی های حاوی ترکیبات فلوئور سال ها قبل از جداسازی این عنصر شیمیایی شناخته شده بودند. به عنوان مثال، فلورسپار معدنی (یا فلوریت)، متشکل از فلوراید کلسیم، در سال 1530 توسط جورج آگریکولا توصیف شد. او متوجه شد که می توان از آن به عنوان شار استفاده کرد، ماده ای که به کاهش نقطه ذوب فلز یا سنگ معدن کمک می کند و به خالص سازی فلز مورد نظر کمک می کند. بنابراین، فلوئور نام لاتین خود را از کلمه fluere ("جریان کردن") گرفته است.
در سال 1670، هاینریش شوانهارد، دمنده شیشه، کشف کرد که شیشه با عمل فلوراید کلسیم (فلورسپار) که با اسید تیمار شده بود، حکاکی می شود. کارل شیل و بسیاری از محققان بعدی، از جمله هامفری دیوی، جوزف-لوئیس گی-لوساک، آنتوان لاووازیه، لوئی تنارد، اسید هیدروفلوئوریک (HF) را آزمایش کردند، که به راحتی با تیمار CaF با اسید سولفوریک غلیظ به دست آمد.
در پایان، مشخص شد که HF حاوی عنصر ناشناخته قبلی است. با این حال، به دلیل واکنش پذیری بیش از حد، این ماده تا سال ها قابل جداسازی نبود. جدا شدن از ترکیبات نه تنها دشوار است، بلکه بلافاصله با سایر اجزای آنها واکنش می دهد. جداسازی فلوئور عنصری از اسید هیدروفلوئوریک بسیار خطرناک است و تلاش های اولیه باعث کوری و مرگ چندین دانشمند شد. این افراد به «شهدا» معروف شدندفلوئور."
کشف و تولید
سرانجام در سال 1886 شیمیدان فرانسوی هنری مویسان موفق شد فلوئور را با الکترولیز مخلوطی از فلوریدهای پتاسیم مذاب و اسید هیدروفلوئوریک جدا کند. به همین دلیل او در سال 1906 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد. روش الکترولیتی او امروزه برای تولید صنعتی این عنصر شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.
اولین تولید فلورین در مقیاس بزرگ در طول جنگ جهانی دوم آغاز شد. برای یکی از مراحل ساخت بمب اتمی به عنوان بخشی از پروژه منهتن مورد نیاز بود. از فلوئور برای تولید هگزا فلوراید اورانیوم (UF6) استفاده شد که به نوبه خود برای جداسازی دو ایزوتوپ 235U واز یکدیگر استفاده شد. 238U. امروزه، UF گازی 6 برای تولید اورانیوم غنی شده برای انرژی هسته ای مورد نیاز است.
مهمترین خواص فلوئور
در جدول تناوبی، عنصر در بالای گروه 17 (گروه 7A سابق) قرار دارد که به آن هالوژن می گویند. هالوژن های دیگر عبارتند از کلر، برم، ید و استاتین. علاوه بر این، F در دوره دوم بین اکسیژن و نئون است.
فلورین خالص یک گاز خورنده (فرمول شیمیایی F2) با بوی تند مشخص است که در غلظت 20 nl در هر لیتر حجم یافت می شود. به عنوان واکنش پذیرترین و الکترونگاتیوترین عنصر در بین همه عناصر، به راحتی با اکثر آنها ترکیباتی تشکیل می دهد. فلوئور بیش از حد واکنش پذیر است که به شکل عنصری وجود ندارد و چنین استمیل به اکثر مواد، از جمله سیلیکون، که نمی توان آن را تهیه کرد یا در ظروف شیشه ای نگهداری کرد. در هوای مرطوب، با آب واکنش می دهد و اسید هیدروفلوریک به همان اندازه خطرناک را تشکیل می دهد.
فلورین، در تعامل با هیدروژن، حتی در دماهای پایین و در تاریکی منفجر می شود. به شدت با آب واکنش می دهد و اسید هیدروفلوئوریک و گاز اکسیژن تشکیل می دهد. مواد مختلف، از جمله فلزات و شیشه های ریز پراکنده، با شعله ای درخشان در یک جت فلوئور گازی می سوزند. علاوه بر این، این عنصر شیمیایی با گازهای نجیب کریپتون، زنون و رادون ترکیباتی را تشکیل می دهد. با این حال، مستقیماً با نیتروژن و اکسیژن واکنش نمی دهد.
علی رغم فعالیت شدید فلوئور، روش هایی برای جابجایی و حمل و نقل ایمن آن اکنون در دسترس قرار گرفته است. این عنصر ممکن است در ظروف فولادی یا مونل (آلیاژ غنی از نیکل) ذخیره شود، زیرا فلورید روی سطح این مواد تشکیل می شود که از واکنش بیشتر جلوگیری می کند.
فلوریدها موادی هستند که در آنها فلوئور به صورت یک یون با بار منفی (F-) در ترکیب با برخی از عناصر دارای بار مثبت وجود دارد. ترکیبات فلوئور با فلزات از پایدارترین نمکها هستند. وقتی در آب حل می شوند به یون تقسیم می شوند. اشکال دیگر فلوئور کمپلکس‌ها هستند، برای مثال، [FeF4]-، و H2F+.
ایزوتوپ
ایزوتوپ های زیادی از این هالوژن وجود دارد که از 14F تا 31F متغیر است. اما ترکیب ایزوتوپی فلوئور فقط یکی از آنها را شامل می شود.19F، که حاوی 10 نوترون است، زیرا تنها نوترون است که پایدار است. ایزوتوپ رادیواکتیو 18F منبع ارزشمندی از پوزیترون است.
تاثیر بیولوژیکی
فلوئور در بدن عمدتاً در استخوان ها و دندان ها به شکل یون یافت می شود. بر اساس گزارش شورای ملی تحقیقات آکادمی ملی علوم ایالات متحده، فلوراید کردن آب آشامیدنی با غلظت کمتر از یک قسمت در میلیون به طور قابل توجهی بروز پوسیدگی را کاهش می دهد. از سوی دیگر، تجمع بیش از حد فلوراید می تواند منجر به فلوئوروزیس شود که در دندان های خالدار خود را نشان می دهد. این اثر معمولاً در مناطقی مشاهده می شود که محتوای این عنصر شیمیایی در آب آشامیدنی از غلظت 10 پی پی ام بیشتر باشد.
فلوئور عنصری و نمک های فلوراید سمی هستند و باید با احتیاط زیادی از آنها استفاده کرد. از تماس با پوست یا چشم باید به دقت اجتناب شود. واکنش با پوست باعث تولید اسید هیدروفلوئوریک می شود که به سرعت به بافت ها نفوذ کرده و با کلسیم موجود در استخوان ها واکنش نشان می دهد و برای همیشه به آنها آسیب می رساند.
فلورین محیطی
تولید جهانی سالانه ماده معدنی فلوریت حدود 4 میلیون تن است و ظرفیت کل ذخایر اکتشاف شده در حدود 120 میلیون تن است. مناطق اصلی استخراج این ماده معدنی مکزیک، چین و اروپای غربی است.
فلوئور به طور طبیعی در پوسته زمین وجود دارد، جایی که می توان آن را در سنگ ها، زغال سنگ و خاک رس یافت. فلوریدها در اثر فرسایش بادی خاک در هوا آزاد می شوند. فلوئور سیزدهمین عنصر شیمیایی فراوان در پوسته زمین است - محتوای آنبرابر 950 پی پی ام است. در خاک ها میانگین غلظت آن در حدود 330 پی پی ام است. فلورید هیدروژن می تواند در نتیجه فرآیندهای احتراق صنعتی در هوا آزاد شود. فلوریدهایی که در هوا هستند در نهایت روی زمین یا آب می ریزند. هنگامی که فلوئور با ذرات بسیار کوچک پیوند می خورد، می تواند برای مدت طولانی در هوا باقی بماند.
در جو، 0.6 میلیاردم این عنصر شیمیایی به شکل مه نمک و ترکیبات آلی کلر وجود دارد. در مناطق شهری، غلظت به 50 قسمت در میلیارد می رسد.
اتصالات
فلورین یک عنصر شیمیایی است که طیف وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را تشکیل می دهد. شیمیدانان می توانند اتم های هیدروژن را با آن جایگزین کنند و در نتیجه مواد جدید زیادی ایجاد کنند. هالوژن بسیار واکنش پذیر ترکیباتی را با گازهای نجیب تشکیل می دهد. در سال 1962، نیل بارتلت هگزافلوروپلاتینات زنون (XePtF6) را سنتز کرد. فلوراید کریپتون و رادون نیز به دست آمده است. ترکیب دیگر آرگون فلوروهیدرید است که فقط در دماهای بسیار پایین پایدار است.
کاربردهای صنعتی
در حالت اتمی و مولکولی خود، فلوئور برای اچ کردن پلاسما در تولید نیمه هادی ها، نمایشگرهای صفحه تخت و سیستم های میکروالکترومکانیکی استفاده می شود. هیدروفلوریک اسید برای حکاکی شیشه در لامپ ها و سایر محصولات استفاده می شود.
فلوئور همراه با برخی از ترکیبات آن، جزء مهمی در تولید داروها، مواد شیمیایی کشاورزی، سوخت ها و روان کننده ها است.مواد و منسوجات. عنصر شیمیایی برای تولید آلکان های هالوژنه (هالون) مورد نیاز است که به نوبه خود به طور گسترده در سیستم های تهویه مطبوع و تبرید استفاده می شود. بعدها، چنین استفاده ای از کلروفلوئوروکربن ها ممنوع شد، زیرا آنها به تخریب لایه اوزون در جو فوقانی کمک می کنند.
هگزا فلوراید گوگرد یک گاز بسیار بی اثر و غیر سمی است که به عنوان گاز گلخانه ای طبقه بندی می شود. بدون فلوئور، تولید پلاستیک های کم اصطکاک مانند تفلون امکان پذیر نیست. بسیاری از داروهای بیهوشی (مانند سووفلوران، دسفلوران و ایزوفلوران) از مشتقات CFC هستند. هگزافلوئوروآلومینات سدیم (کرایولیت) در الکترولیز آلومینیوم استفاده می شود.
ترکیبات فلوراید، از جمله NaF، در خمیر دندان برای جلوگیری از پوسیدگی دندان استفاده می شود. این مواد برای تامین فلوراید آب به منابع آب شهری اضافه می شوند، با این حال این عمل به دلیل تأثیر بر سلامت انسان بحث برانگیز تلقی می شود. در غلظت‌های بالاتر، NaF به عنوان حشره‌کش به‌ویژه برای کنترل سوسک استفاده می‌شود.
در گذشته از فلوراید برای کاهش نقطه ذوب فلزات و سنگ معدن و افزایش سیالیت آنها استفاده می شد. فلوئور جزء مهمی در تولید هگزا فلوراید اورانیوم است که برای جداسازی ایزوتوپ های آن استفاده می شود. 18F، ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر 110 دقیقه، پوزیترون ساطع می کند و اغلب در توموگرافی گسیل پوزیترون پزشکی استفاده می شود.
خواص فیزیکی فلوئور
ویژگی های اساسیعنصر شیمیایی به شرح زیر است:
- جرم اتمی 18.9984032 گرم در مول.
- پیکربندی الکترونیکی 1s22s22p5.
- وضعیت اکسیداسیون -1.
- چگالی 1.7 گرم در لیتر.
- نقطه ذوب 53.53 K.
- نقطه جوش 85.03 K.
- ظرفیت حرارتی 31.34 J/(K mol).
