عنصر قدرتمند فلوئور | جدول تناوبی

عنصر فلوئور

همه با آن آشنا هستند عنصر فلوئور– شاید به این دلیل که در وسایل خانه مانند خمیر دندان یافت می شود، یا شاید فقط به این دلیل که فلوئور یک عنصر شگفت انگیز خطرناک است. این عنصر هالوژن سبک ترین عنصر در گروه خود است و 13 است^هفتم فراوان ترین عنصر در پوسته زمین

در دمای اتاق، این عنصر غیرفلزی به صورت گاز وجود دارد و توانایی تشکیل مولکول های دو اتمی را دارد. در حالی که رنگ کم رنگ و سبز زرد فلوئور جالب توجه است، مهم است که از این گاز واکنشی شدید دوری کنید. بیایید در مورد این عنصر وحشتناک بیشتر بدانیم.

حقایق جالب در مورد فلوئور

مناطق اصلی استخراج فلوریت چین، مکزیک و اروپای غربی هستند.
فلوئور تا زمان جنگ جهانی دوم که از آن برای ساخت بمب اتمی استفاده می شد به صورت تجاری تولید نمی شد.
را منبع نوترون تحقیقاتی هاینز مایر لایبنیتس یک منبع قوی نوترونی است. با استفاده از این، ساختار فلوئور جامد کشف شده است. این یک پیشرفت بزرگ به دلیل تلاش های ناموفق بسیاری در تلاش برای پرده برداری از ساختار کریستالی جامد است. هنگامی که در سال 1968 سعی در استفاده از اشعه ایکس برای انجام این کار داشتیم، به یک انفجار ختم شد.
این عنصر گازی تنها در دمای 220- درجه سانتیگراد خود را به صورت جامد نشان می دهد.
اگر در آتش فلوئور گرفتار شدید، وقت خود را با دویدن به دنبال آب یا کپسول آتش نشانی تلف نکنید. اینها فقط آتش را دراماتیک می کنند. مطمئن شوید که منبع فلوئور را خاموش کنید، زیرا این تنها راه موثر برای مبارزه با آتش است.
این نام از کلمه لاتین “fluere” به معنای جاری شدن گرفته شده است، زیرا ماده معدنی fluorspa، CaF2، به عنوان شار استفاده می شد.

فلوئور در جدول تناوبی

عنصر فلوئور دارای نماد اتمی F و عدد اتمی 9 است. این عنصر در بالای گروه هالوژن، گروه 17، در سمت راست اکسیژن و سمت چپ عنصر نئون قرار دارد. فلوئور بالاتر از کلر در جدول تناوبیو سبک ترین، خطرناک ترین و واکنش پذیرترین هالوژن است.

اتم فلوئور دارای یک ساختار الکترونی از [He] 2 ثانیه²2p⁵، یا 1s²2 ثانیه²2p⁵ و الکترونگاتیوی ترین عنصر جدول تناوبی با الکترونگاتیوی 3.98 است. تقریباً از هر اتم دیگری به شدت الکترون را جدا می کند و جداسازی آن بسیار دشوار است.

فلوئور 7 دارد الکترون های ظرفیت. برای تکمیل پوسته دوم خود تنها به 1 الکترون دیگر نیاز دارد، به همین دلیل است که بسیار واکنش پذیر و الکترونگاتیو است.

اسیدی یا نه؟

ترکیبات متعددی وجود دارد که فلوئور در آنها وجود دارد، از جمله اسید هیدروفلوئوریک (HF). پس از یادگیری در مورد روندهای دوره ای، منطقی است که فرض کنیم HF یک اسید قوی است. دلیل دیگری برای فرض اسیدیته قوی آن، رفتار اوربیتال های اتم های فلوئور و هیدروژن است، زیرا آنها روی یکدیگر همپوشانی دارند.

با این حال، HF به طور شگفت انگیزی یک اسید ضعیف با pKa 3.1 است. این فقط به دلیل F کوچک فلوئور است.^– یون بنابراین، تمام بارهای منفی آن به مرکز متمرکز می شود. هنگامی که در آب قرار می گیرد، HF در ابتدا به تجزیه می شود در باره تکمیل. پس از تفکیک، HF شروع به واکنش های دیگری با خود و آب می کند. هر چه آب بیشتر باشد، HF ضعیف تر می شود. کاتیون هیدرونیوم و F^– برای تشکیل H₃O⁺که باعث کاهش اسیدیته HF می شود.

اگرچه HF یک اسید ضعیف است، اما بسیار خورنده است، حتی نسبت به شیشه. بنابراین، نگهداری آن در یک ظرف پلاستیکی ایمن تر است. علاوه بر این، HF اعصاب شما را بی حس می کند، بنابراین اگر شیمیدان از سمیت آن آگاه نباشد، ممکن است نداند که در صورت تماس با آن کمک بگیرد.

خطر! خطر!

گاز فلوئور در غلظت های بسیار کم در محیط وجود دارد. علاوه بر این، به دلیل واکنش پذیری بالا، تقریباً هرگز در حالت عنصری خالص نیست. این عنصر در بسیاری از ترکیبات مختلف وجود دارد که از نظر سمیت متفاوت هستند. با این حال، یک قانون کلی این است که با افزایش حلالیت ترکیب، سمیت آن برای انسان بیشتر می شود، زیرا به راحتی می تواند جذب شود. قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض این گاز باعث تحریک چشم ها، پوست و ریه ها می شود. در غلظت های بالاتر، گاز تنفس شما را مختل می کند و در نهایت می تواند منجر به مرگ شود.

فلوئور یکی از خورنده ترین عناصر است که آن را تبدیل به عنصری می کند که باید مراقب آن بود. در شکل گاز خود، به دلیل واکنش شدید آن بسیار سمی است. علاوه بر این، جداسازی عنصر بدون خطر انفجار دشوار است.

چگونه از خود محافظت کنیم

اکنون که خودمان را از نزدیک شدن به این عنصر ترسیده‌ایم، می‌خواهم به شما بگویم چگونه می‌توانید از خود در برابر آن محافظت کنید. فقط مطمئن شوید که از یک دستگاه تنفسی مستقل استفاده کرده اید و آن را پوشانده است کل صورت. علاوه بر این، هنگام کار با فلوئور، مطمئن شوید که فضا در حالت فشار-تقاضا یا فشار مثبت است. آسان است، درست است؟

کاربردهای فلوئور در دنیای امروز

چگونه عنصری به ظاهر تهاجمی مانند فلوئور می تواند کاربرد داشته باشد؟ بیایید دریابیم.

فلوئور یک ماده هسته ای عالی و یک عایق الکتریکی عالی است. این امر آن را برای تولید نیروگاه های هسته ای و برج های برق ایده آل می کند. علاوه بر این، فلوئور در ساخت دستگاه های نیمه هادی – قطعات الکترونیکی که از مواد نیمه هادی استفاده می کنند، استفاده می شود. فلوئور مولکولی و اتمی این نقش را ایفا می کند و برای اچ کردن پلاسما و تولید صفحه نمایش صفحه تخت استفاده می شود.

یکی از مهمترین و رایج ترین کاربردهای گاز فلوئور برای غنی سازی اورانیوم است که این فلز را در حالت گازی خود قرار می دهد. حالت گاز با تولید هگزا فلوراید اورانیوم به راحتی قابل تصعید به دست می آید. از طریق سانتریفیوژ، این بخار غنی می شود، به این معنی که در غلظت ایزوتوپ اورانیوم U افزایش می یابد.²³⁵. اکسید اورانیوم ساخته شده به طور انتخابی به هگزا فلوراید اورانیوم تبدیل می شود زیرا فلوئور فقط یک ایزوتوپ طبیعی دارد. بنابراین هگزا فلوراید اورانیوم تاثیری بر وزن محصول نهایی نخواهد داشت. یکی دیگر از مزایای هگزا فلوراید اورانیوم در حالت گاز آن در دمای عملیاتی باقی می ماند.

فلوئور به دلیل واکنش پذیری بالا می تواند برای سوخت موشک استفاده شود. موشک های شیمیایی مایع معمولا از سوخت و اکسید کننده به عنوان پیشران استفاده می کنند. سوخت های متداول عبارتند از نفت سفید، الکل و هیدروژن مایع، در حالی که اکسید کننده های رایج آشکارا فلوئور هستند. چه چیزی فلوئور را به یک اکسید کننده عالی تبدیل می کند؟ همانطور که به طور خلاصه بحث شد، فلوئور یک گاز در دمای اتاق است و یکی از معدود عناصری است که در دمای پایین مایع است. با این حال، این کار می‌تواند کار کردن با فلوئور را دشوار و خطرناک کند، به‌ویژه وقتی به میزان خورنده و سمی بودن آن فکر می‌کنید.

برنامه های کاربردی بیشتر

ترکیبات فلوئور کاربردهای عملی تری دارند. بسیاری از اقلام حاوی ترکیب فلوئور احتمالاً در خانه شما هستند:

از سنین پایین به ما یاد می دهند که چیز خطرناکی را در دهان خود نگذاریم. با این حال، اگر می خواهید دندان های سفیدتری داشته باشید، ممکن است مجبور شوید. بالاخره ~زیبایی درد است~. خمیر دندان فلوراید حاوی فلوراید به عنوان یک ماده فعال است.

فلوراید ترکیبی است که از نمک های فلوئور عنصری ترکیب شده با خاک یا سنگ معدنی به دست می آید. به طور طبیعی در استخوان ها و دندان های انسان وجود دارد، بنابراین استفاده از خمیردندان حاوی فلوراید بی خطر است و قطعا در دهان شما منفجر نمی شود. خمیردندان حاوی فلوراید به این دلیل محبوب است که مینای دندان را قوی تر می کند و به طور موثر با پوسیدگی ها مبارزه می کند. پلاک حاوی باکتری روی دندان هنگام تغذیه از قند در دهان، بزاق اسیدی تولید می کند. این امر مینای دندان را ضعیف می کند. فلوراید می تواند به محافظت در برابر بزاق اسیدی کمک کند. علاوه بر این، فلوراید با یون‌های کلسیم و فسفات در مینای دندان شما پیوند می‌یابد و فلوراپاتیت را تشکیل می‌دهد که دندان‌ها را سخت می‌کند. فلوراید حتی برای محافظت در برابر پوسیدگی دندان به آب اضافه می شود. فلورایداسیون آب شامل افزودن سطوح بسیار کم فلوراید به آب برای ایجاد محافظت مداوم از دندان ها است.

هگزا فلوراید گوگرد، SF₆، یک گاز گلخانه ای بی رنگ، ساخته دست بشر است. تماس مستقیم با این گاز باعث یخ زدگی می شود، بنابراین از قرار گرفتن در معرض آن خودداری کنید. در غیر این صورت، SF₆ غیر قابل اشتعال و غیر واکنشی (در دمای اتاق) است. پایداری شیمیایی آن، آن را به یک عایق الکتریکی و وسیله خنک کننده عالی تبدیل می کند. در یخچال، تهویه مطبوع و کپسول آتش نشانی یافت می شود.

تاریخچه فلوئور

واکنش های فلوئور

فلوئور هم واکنش پذیرترین و هم الکترونگاتیوترین عنصر شیمیایی است. دارای مقدار الکترونگاتیوی 3.98 است که به ما در مورد اندازه اتمی کوچک فلوئور و میل الکترونی بالای آن می گوید. فلوئور به سرعت به هر فلزی که با آن برخورد می کند حمله می کند. به جای نام بردن تمام عناصر فلوئور اراده با واکنش نشان دهید، فقط نام بردن از کسانی که انجام می دهند بسیار سریعتر خواهد بود نه واکنش: آرگون، هلیوم و نئون. فلوئور یک اسید لوئیس در اسیدهای ضعیف است که همانطور که یاد گرفتیم آن را به یک گیرنده الکترون تبدیل می کند. علاوه بر این، این یک عامل اکسید کننده قوی است که حاوی هفت الکترون ظرفیتی با بار منفی است که بسیار قوی به پروتون های مثبت دیگر متصل می شود تا F را تشکیل دهد^– آنیون ها

برخی از فلزات مانند نیکل، مس و آلومینیوم با فلوئور واکنش ضعیفی دارند. ذخیره فلوئور به دلیل خورنده بودن آن ممکن است دشوار باشد. با این حال، هنگامی که نیکل با فلوئور تماس پیدا می کند، فوراً خود را با یک لایه فلوراید می پوشاند که ما آن را فلوراید نیکل (II) (NiF) می نامیم.₂) لایه غیرفعال سازی. این لایه از نیکل در برابر هرگونه حمله بعدی محافظت می کند. مس و آلومینیوم در دمای اتاق با فلوئور واکنش نمی دهند و فقط در دماهای بالا واکنش نشان می دهند. با این حال، فلوئور به شدت با تمام مواد آلی واکنش می دهد.

جداسازی فلوئور

همانطور که آموختیم فلوئور عنصری بسیار خطرناک است. با این حال، از طریق الکترولیز محلول دی فلوراید هیدروژن پتاسیم در اسید هیدروفلوئوریک بی آب، فلوئور را می توان “به راحتی” به دست آورد. دلیل عدم استفاده از اسید هیدروفلوئوریک خالص این است که رسانای الکتریکی نیست. این منجر به تبدیل یون های هیدروکسید به یون اکسیژن می شود. مخلوط پتاسیم هیدروژن دی فلوراید و هیدروژن فلوراید با هم دمای عملیاتی پایین 86.85 درجه سانتیگراد را تضمین می کند و بنابراین نیاز به عایق سلولی عالی را کاهش می دهد. سلول الکترود حاوی یک آند ساخته شده از کربن سخت و مقاوم در برابر خوردگی است، در حالی که کاتدها از فولاد قوی ساخته شده اند. هنگامی که فرآیند الکترولیز به پایان رسید، گاز فلوراید تشکیل می شود.

شیمی فلوئور و ترکیبات

حالت های اکسیداسیون

فلوئور میل ترکیبی بسیار قوی برای الکترون ها دارد و فلوئور همیشه حالت اکسیداسیون -1 دارد. هنگامی که ترکیبات را تشکیل می دهد.

اسید هیدروفلوریک

یکی از شناخته شده ترین ترکیبات فلوئور اسید هیدروفلوئوریک است که محلولی از هیدروژن فلوراید با فرمول HF است. این یک اسید بسیار خورنده و خطرناک است. همچنین از نظر فنی یک اسید ضعیف است، به این معنی که کا آن بزرگ نیست. می تواند با ترکیب فلوراید کلسیم و اسید سولفوریک تشکیل شود. بسیار خطرناک است، به راحتی می سوزد و به پوست نفوذ می کند و می تواند شما را بکشد. هیدروکسید کلسیم یک راه عالی برای خنثی کردن آن است.

هگزا فلوراید اورانیوم

هگزا فلوراید اورانیوم، UF₆یک جامد کریستالی سفید رنگ و یکی از مهم ترین ترکیبات فلوئور است، زیرا برای جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم U-235 از U-238 استفاده می شود. مولکول آن یک شکل هشت وجهی زیبا است. در دمای 56.5 درجه سانتیگراد مستقیماً به یک گاز متراکم و سمی تبدیل می شود. در تماس با آب، اسید هیدروفلوئوریک تولید می کند که باعث مرگ 2 نفر در سال 1944 شد. 686000 تن هگزا فلوراید اورانیوم ضعیف شده، مقداری شگفت‌انگیز، ذخیره شده در سیلندرهای فولادی در کنتاکی، اوهایو و تنسی که در قرن بیست و یکم باید با آن مقابله شود.

سمیت یون فلوراید

در مقادیر بسیار ناچیز، یون فلوراید یا یون بی فلوراید HF₂^–، می تواند از بدن انسان عبور کند، بدون هیچ اثر طولانی مدت. به همین دلیل است که از آن در خمیر دندان استفاده می شود. با این حال، هنگامی که شروع به دریافت بیش از 100 میلی گرم می کنید، یون های فلوراید و بی فلوراید خطرناک هستند و تنها چند گرم آن می تواند کشنده باشد.

خواص فیزیکی عنصر فلوئور

نماد فلوئور: F
نقطه ذوب: 53.48 K; -219.67 درجه سانتی گراد; -363.41 درجه فارنهایت
نقطه جوش: 85.04 K; -188.11 درجه سانتی گراد؛ -306.6 درجه فارنهایت
چگالی: 0.001553 گرم بر سانتی متر³
وزن اتمی: 18.998
عدد اتمی: 9
الکترونگاتیوی: 3.98
طبقه بندی: هالوژن
فراوانی طبیعی در پوسته زمین
پیکربندی پوسته الکترونی: [He] 2 ثانیه²2p⁵
ایزوتوپ ها: ¹⁹F تنها ایزوتوپ پایدار و طبیعی است
به طور طبیعی در مواد معدنی یافت می شود: 0.054٪
سمیت: سمی و واکنشی

از کجا می توانم این را بخرم؟

گاز فلوئور بسیار سمی است و احتمالاً نمی خواهید آن را در خانه خود داشته باشید.

بیشتر کاوش کنید

تفاوت بین اسید و باز را یاد بگیرید. بیاموزید که چگونه شیمیدان های شگفت انگیزی مانند آلن کاتز با چنین مواد شیمیایی خطرناک کار می کنند.