FLOR: TARIHÇE, ÖZELLIKLER, YAPI, ELDE ETME, RISKLER, KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Flor sembolü F ve 17 potansiyel grubu olduğu halojenler ait olan bir elementtir. Periyodik tablonun diğer unsurlarının üzerinde, en reaktif ve elektronegatif olmasıyla ayırt edilir; Neredeyse tüm atomlarla reaksiyona girer, bu nedenle sonsuz sayıda tuz ve organoflorlu bileşikler oluşturur.

Normal koşullar altında sarımsı yeşil ile karıştırılabilen soluk sarı bir gazdır. Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi sıvı haldeyken sarı rengi biraz daha yoğunlaşır ve donma noktasında katılaşınca tamamen kaybolur.

Bir test tüpünde sıvı flor. Kaynak: Fulvio314

Gazının uçucu doğasına rağmen tepkiselliği öyledir ki yer kabuğunda hapsolmuş halde kalır; özellikle mor kristalleri ile bilinen mineral florit formundadır. Ayrıca reaktivitesi onu potansiyel olarak tehlikeli bir madde yapar; dokunduğu her şeye şiddetle tepki verir ve alevlere dönüşür.

Bununla birlikte, yan ürünlerinin çoğu, uygulamalarına bağlı olarak zararsız ve hatta faydalı olabilir. Örneğin, iyonik veya mineral formunda (florür tuzları gibi) eklenen florürün en popüler kullanımı, diş minesini korumaya yardımcı olan florürlü diş macunlarının hazırlanmasıdır.

Florin, diğer birçok element için yüksek sayıları veya oksidasyon durumlarını stabilize edebilme özelliğine sahiptir. Flor atomlarının sayısı ne kadar yüksekse, bileşik o kadar reaktiftir (bir polimer olmadığı sürece). Aynı şekilde moleküler matrislerle etkisi artacaktır; iyi ya da kötü için.

Tarih

Florit kullanımı

1530'da Alman mineralog Georgius Agricola, mineral fluorsparın metallerin saflaştırılmasında kullanılabileceğini keşfetti. Fluorspar, kalsiyum florürden (CaF ₂ ) oluşan bir flor minerali olan floritin başka bir adıdır .

Flor elementi o zamana kadar keşfedilmemişti ve floritteki "flüuar" Latince "akmak" anlamına gelen "fluere" kelimesinden geliyordu; çünkü bu tam olarak fluorspar veya floritin metallerle yaptığı şeydi: numuneyi terk etmelerine yardımcı oldu.

Hidroflorik asitin hazırlanması

1764'te Andreas Sigismud Margraff, florit'i sülfürik asitle ısıtarak hidroflorik asit hazırlamayı başardı. Cam retortlar, asidin etkisiyle eritildi, böylece camın yerini metaller aldı.

Aynı zamanda, asidin Margraff tarafından takip edilen aynı yöntemle hazırlanması olan 1771'de Carl Scheele'ye atfedilir. 1809'da Fransız bilim adamı Andre-Marie Ampere, fluorik veya hidroflorik asidin hidrojen ve klora benzer yeni bir elementten oluşan bir bileşik olduğunu öne sürdü.

Bilim adamları uzun süre hidroflorik asit kullanarak florürü izole etmeye çalıştılar; ancak tehlikeliliği bu anlamda ilerlemeyi zorlaştırdı.

Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac ve Jacques Thénard, hidrojen florürü (susuz ve gaz halinde hidroflorik asit) soluduklarında şiddetli ağrı yaşadılar. Bilim adamları Paulin Louyet ve Jerome Nickles benzer koşullar altında zehirlenerek öldü.

Fransız bir araştırmacı olan Edmond Frémy, potasyum biflorürü (KHF ₂ ) asitleştirerek hidrojen florürün toksisitesini önlemek için kuru hidroflorik asit oluşturmaya çalıştı , ancak elektroliz sırasında elektrik akımı iletimi yoktu.

İzolasyon

1860'da İngiliz kimyager George Gore kuru hidroflorik asidi elektrolize etmeye çalıştı ve az miktarda flor gazını izole etmeyi başardı. Bununla birlikte, hidrojen ve florin şiddetli bir şekilde yeniden birleşmesiyle bir patlama meydana geldi. Gore, patlamayı oksijen sızıntısına bağladı.

1886'da Fransız kimyager Henri Moisson, florini ilk kez izole etmeyi başardı. Daha önce, Moisson'un çalışması, elementi izole etmeye çalışırken ciddi hidrojen florür zehirlenmesiyle dört kez kesintiye uğramıştı.

Moisson, Frémy'nin bir öğrencisiydi ve florini izole etmek için deneylerine güveniyordu. Moisson, elektrolizde potasyum florür ve hidroflorik asit karışımı kullandı. Elde edilen çözüm, anotta toplanan elektrik ve flor gazını iletti; yani, pozitif yüklü elektrotta.

Moisson, elektrotların platin ve iridyum alaşımından yapıldığı korozyona dayanıklı ekipman kullandı. Elektroliz sırasında bir platin kap kullandı ve elektrolit solüsyonunu -23ºF (-31ºC) sıcaklığa kadar soğuttu.

Sonunda, 26 Haziran 1886'da Henri Moissson, 1906'da Nobel Ödülü'nü kazanmasına izin veren bir çalışma olan florini izole etmeyi başardı.

Florüre ilgi

Florür araştırmalarına olan ilgi bir süre kayboldu. Ancak, atom bombasının üretimi için Manhattan Projesi'nin geliştirilmesi onu geri getirdi.

Amerikan şirketi Dupont, 1930'lar ve 1940'lar arasında, soğutucu olarak kullanılan kloroflorokarbonlar (Freon-12) gibi florlu ürünler geliştirdi; ve daha iyi Teflon adıyla bilinen politetrafloroetilen plastik. Bu, florin üretiminde ve tüketiminde bir artışa neden oldu.

1986'da, florin izolasyonundan yaklaşık bir asır sonra bir konferansta Amerikalı kimyager Karl O. Christe, K ₂ MnF ₆ ve SbF ₅ arasındaki reaksiyonla florin hazırlanması için kimyasal bir yöntem sundu .

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Görünüm

Flor soluk sarı bir gazdır. Sıvı halde parlak sarıdır. Bu arada, katı opak (alfa) veya şeffaf (beta) olabilir.

Atom numarası (Z)

9.

Atom ağırlığı

18.998 u.

Erime noktası

-219.67 ° C

Kaynama noktası

-188.11 ° C

Yoğunluk

Oda sıcaklığında: 1.696 g / L

Erime noktasında (sıvı): 1.505 g / mL.

Buharlaşma ısısı

6.51 kJ / mol.

Molar kalori kapasitesi

31 J / (mol K).

Buhar basıncı

58 K sıcaklıkta 986.92 atm buhar basıncına sahiptir.

Termal iletkenlik

0,0277 W / (m · K)

Manyetik düzen

diyamanyetik

Koku

Karakteristik keskin ve keskin koku, 20 ppb'de bile algılanabilir.

Oksidasyon numaraları

-1, florür anyonuna karşılık gelir, F ^- .

İyonlaşma enerjisi

İlk: 1.681 kJ / mol

-İkinci: 3,374 kJ / mol

Üçüncü: 6.147 KJ / mol

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 3.98.

Elektronegatifliği en yüksek olan kimyasal elementtir; yani bağlandığı atomların elektronlarına yüksek afiniteye sahiptir. Bu nedenle, flor atomları bir molekülün belirli bölgelerinde büyük dipol momentleri oluşturur.

Elektronegatifliğinin başka bir etkisi de vardır: ona bağlı atomlar o kadar çok elektron yoğunluğu kaybederler ki pozitif bir yük almaya başlarlar; bu, pozitif bir yükseltgenme sayısıdır. Bir bileşikte ne kadar çok flor atomu varsa, merkez atom daha pozitif bir oksidasyon numarasına sahip olacaktır.

Örneğin, içinde ₂ oksijen +2 (O bir oksitlenme sayısına sahip ²⁺ F ₂ ^- ); UF _6'da uranyumun yükseltgenme sayısı +6'dır (U ⁶⁺ F ₆ ^- ); Aynı sf kükürt ile olur ₆ (S ^{6 +} F ₆ ^- ); ve son olarak , gümüşün +2 oksidasyon sayısına sahip olduğu AgF ₂ vardır ki bu nadirdir.

Bu nedenle, elementler florlu bileşikler oluşturduklarında en pozitif oksidasyon sayılarıyla katılmayı başarırlar.

Oksitleyici ajan

Flor, en güçlü oksitleyici elementtir, dolayısıyla hiçbir madde onu oksitleyemez; ve bu nedenle doğada özgür değildir.

Reaktivite

Flor, helyum, neon ve argon dışındaki tüm diğer elementlerle birleşebilir. Normal sıcaklıklarda yumuşak çeliğe veya bakıra da saldırmaz. Kauçuk, ahşap ve kumaş gibi organik maddelerle şiddetli tepki verir.

Flor, güçlü oksidan ksenon diflorür, XeF _2'yi oluşturmak için soy gaz ksenon ile reaksiyona girebilir . Aynı zamanda bir halojenür, hidrojen florür, HF oluşturmak için hidrojen ile reaksiyona girer. Buna karşılık, hidrojen florür, ünlü hidroflorik asidi (cam olarak) üretmek için suda çözünür.

Artan sırada sınıflandırılan asidik asitlerin asitliği şöyledir:

HF <HCl <HBr <HI

Nitrik asit flor ile reaksiyona girerek flor nitrat, FNO _{3 oluşturur} . Bu arada hidroklorik asit, HF, OF ₂ ve ClF ₃ oluşturmak için flor ile kuvvetli reaksiyona girer .

Yapı ve elektronik konfigürasyon

İki atomlu molekül

Uzaysal doldurma modeli ile temsil edilen flor molekülü. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Temel durumundaki flor atomu, elektronik konfigürasyona göre 2s ve 2p orbitallerinde bulunan yedi değerlik elektronuna sahiptir:

2s ² 2p ⁵

Değerlik bağ teorisi (TEV), iki flor atomunun, F'nin, değerlik sekizlisini tamamlayan her birine kovalent olarak bağlandığını belirtir.

Bu hızlı bir şekilde gerçekleşir çünkü neon soy gazına izoelektronik olmak için sadece bir elektron gerekir; ve atomları çok küçüktür ve çevreden kolayca elektron talep eden çok güçlü bir nükleer yüke sahiptir.

F ₂ molekülü (üstteki resim), tek bir kovalent bağa, FF'ye sahiptir. Serbest F atomlarına göre kararlılığına rağmen oldukça reaktif bir moleküldür; homonükleer, apolar ve elektronlar için istekli. F ₂ gibi florin de çok zehirli ve tehlikeli bir tür olmasının nedeni budur .

F ₂ apolar olduğundan, etkileşimleri moleküler kütlesine ve Londra saçılma kuvvetlerine bağlıdır. Bir noktada, her iki F atomunun etrafındaki elektronik bulut deforme olmalı ve komşu bir molekülde diğerini indükleyen anlık bir dipol oluşturmalıdır; böylece birbirlerini yavaş ve zayıf bir şekilde çekerler.

Sıvı ve katı

F ₂ molekülü çok küçüktür ve uzayda nispeten hızlı bir şekilde yayılır. Gaz fazında soluk sarı bir renk sergiler (bu bir limon yeşili ile karıştırılabilir). Sıcaklık -188 ° C'ye düştüğü zaman, dispersiyon kuvvetleri daha etkin hale neden F ₂ molekülleri , bir sıvı tanımlamak için bir araya yeter.

Sıvı florin (ilk resim) kendi gazından bile daha sarı görünüyor. İçinde, F ₂ molekülleri daha yakındır ve ışıkla daha büyük ölçüde etkileşime girer. İlginç bir şekilde, bozulmuş kübik florin kristali -220 ° C'de oluştuğunda, renk soluyor ve şeffaf bir katı olarak kalıyor.

Şimdi F olduğu ₂ molekülü , birlikte (ancak durma moleküler rotasyon olmadan) çok yakın, bu elektronları nedenle belli bir stabilitesini sağlamak ve bu gibi görünüyor, elektronik atlama kristali ile için ışık da etkileşim çok büyüktür.

Kristal fazlar

Β faza Bu kübik kristal karşılık (aynı K kalır çünkü bir Allotrop değildir ₂ ). Sıcaklık -228 ºC'ye daha da düştüğünde, katı florin faz geçişine uğrar; kübik kristal monoklinik bir kristal haline gelir, α fazı:

Florun alfa fazının kristal yapısı. Kaynak: Benjah-bmm27.

Β-F _2'den farklı olarak α-F ₂ opak ve serttir. F Belki de bunun ₂ moleküllerinin artık monoklinik kristal kendi sabit konumlarda döndürme çok özgürlük olarak var; ışıkla daha büyük ölçüde etkileşime girdiklerinde, ancak elektronlarını heyecanlandırmadan (bu, opaklıklarını yüzeysel olarak açıklar).

Α-F kristal yapısı ₂ , geleneksel X-ışını kırınım yöntemleri ile çalışmak zordur olan bu α faza p geçiş oldukça ekzotermik olduğu için olan.; kristalin pratik olarak patlamasının nedeni, aynı zamanda radyasyonla çok az etkileşimde bulunması.

Alman bilim adamlarının (Florian Kraus ve diğerleri) nötron kırınım teknikleri sayesinde α-F _2'nin yapısını tam olarak çözmesi yaklaşık elli yıl aldı .

Nerede bulunur ve elde edilir

Flor, Evrendeki en yaygın elementler arasında 24. sırada yer almaktadır. Bununla birlikte, yeryüzü kütlesi, kabukta 950 ppm ve deniz suyunda 1.3 ppm konsantrasyonla 13 ^vo elementtir.

Toprakların florür konsantrasyonu 150 ile 400 ppm arasındadır ve bazı topraklarda konsantrasyon 1.000 ppm'e ulaşabilir. Atmosferik havada 0.6 ppb'lik bir konsantrasyonda bulunur; ancak bazı şehirlerde 50 ppb'ye kadar kayıt yapılmıştır.

Flor esas olarak üç mineralden elde edilir: florit veya florospar (CaF ₂ ), floroapatit ve kriyolit (Na ₃ AlF ₆ ).

Florit İşleme

Kayalar mineral florit ile toplandıktan sonra birincil ve ikincil kırma işlemine tabi tutulur. İkincil kırma ile çok küçük kaya parçaları elde edilir.

Kaya parçaları daha sonra toza indirgenmek üzere bir bilyalı değirmene alınır. Su ve reaktifler, bir yüzdürme tankına yerleştirilen bir macun oluşturmak için eklenir. Hava kabarcıkları oluşturmak için basınç altında enjekte edilir ve böylece florit sulu yüzeyde yüzer.

Florit toplanıp kurutma fırınlarına götürülürken silikatlar ve karbonatlar çökelir.

Florit elde edildikten sonra, hidrojen florür üretmek için sülfürik asit ile reaksiyona sokulur:

CaF ₂ + H ₂ SO ₄ => 2 HF + CaSO ₄

Hidrojen florürün elektrolizi

Flor üretiminde 1886'da Moisson'un kullandığı yöntem bazı değişikliklerle takip edilir.

Mol oranı 1: 2.0 ila 1: 2.2 olan erimiş potasyum florür ve hidroflorik asit karışımından bir elektroliz yapılır. Erimiş tuzun sıcaklığı 70-130 ° C'dir.

Katot, bir Monel alaşımı veya çelikten oluşur ve anot degrafit karbondur. Elektroliz sırasında flor üretim süreci şu şekilde özetlenebilir:

2HF => H ₂ + F ₂

Elektroliz odasını soğutmak için su kullanılır, ancak katılaşmayı önlemek için sıcaklığın elektrolitin erime noktasının üzerinde olması gerekir. Elektrolizde üretilen hidrojen katotta, flor ise anotta toplanır.

izotopları

Florin 18 izotopu vardır ve ¹⁹ F,% 100 bolluğa sahip tek kararlı izotoptur. ¹⁸ F 109,77 dakikalık bir yarılanma ömrüne sahiptir ve daha uzun yarı ile flor radyoaktif izotop olan - hayatı. ¹⁸ F pozitron bir kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Biyolojik rol

Memelilerde veya daha yüksek bitkilerde florin bilinen hiçbir metabolik aktivitesi yoktur. Bununla birlikte, bazı bitkiler ve deniz süngerleri, zehirli bir bileşik olan monofloroasetatı sentezler ve bunların yok edilmesini önlemek için koruma olarak kullanılır.

Riskler

Aşırı florür tüketimi, yetişkinlerde kemik florozu ve çocuklarda dental florozun yanı sıra böbrek fonksiyonundaki değişikliklerle ilişkilendirilmiştir. Bu nedenle, Amerika Birleşik Devletleri Halk Sağlığı Servisi (PHS) içme suyundaki florür konsantrasyonunun 0,7 mg / L'den fazla olmaması gerektiğini önerdi.

Bu arada, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), florürün kemiklerde biriktiği iskelet florozunu önlemek için içme suyundaki florür konsantrasyonunun 4 mg / L'den fazla olmaması gerektiğini belirledi. Bu, kemiklerin zayıflamasına ve kırılmasına neden olabilir.

Florür, kemik yapılarında kalsiyumda azalma ve plazmada yüksek kalsiyum konsantrasyonları ile paratiroid bezinin hasar görmesiyle ilişkilendirilmiştir.

Aşırı florüre atfedilen değişiklikler arasında şunlar yer alır: diş florozu, iskelet florozu ve paratiroid bezinde hasar.

Diş florozu

Dental floroz, diş minesinde küçük çizgiler veya lekeler ile oluşur. 6 yaşın altındaki çocuklar florür içeren gargaralar kullanmamalıdır.

Iskelet florozisi

İskelet florozunda, eklemlerde olduğu gibi kemiklerde de ağrı ve hasar teşhis edilebilir. Kemik sertleşebilir ve elastikiyetini kaybedebilir, bu da kırık riskini artırır.

Uygulamalar

Diş macunu

Bazı inorganik florür tuzları, diş minesini korumaya yardımcı olduğu gösterilen diş macunlarının formülasyonunda katkı maddesi olarak kullanılır. Kaynak: Pxhere.

Florür kullanımları ile ilgili en iyi bilinen bölümle başlıyoruz: birçok diş macununun bir bileşeni olarak hizmet etmek. Bu, son derece zehirli ve tehlikeli molekülü F ₂ ile anyon F ^- arasındaki zıtlığın takdir edildiği tek kullanım değildir ve bu , çevresine bağlı olarak yararlı olabilir (bazen olmasa da).

Yemek yediğimizde, özellikle tatlılar, bakteriler tükürüğümüzün asitliğini artırarak onu parçalar. Ardından, pH'ın diş minesini bozacak ve demineralize edecek kadar asidik olduğu bir nokta gelir; hidroksiapatit bozulur.

Bununla birlikte, bu süreçte F ^- iyonları , bir florapatit matrisi oluşturmak için Ca2 ⁺ ile etkileşime girer; hidroksiapatite göre daha kararlı ve dayanıklıdır. Ya da en azından, florür anyonunun dişler üzerindeki etkisini açıklamak için önerilen mekanizmadır. Daha karmaşık olması ve pH'a bağlı bir hidroksiapatit-florapatit dengesine sahip olması muhtemeldir.

Bu F ^- anyonları diş dişlerinde tuz şeklinde bulunur; NaF, SnF ₂ (ünlü kalay florür) ve NaPOF gibi. Bununla birlikte, F ^- konsantrasyonu düşük olmalıdır (% 0,2'den az), aksi takdirde vücut üzerinde olumsuz etkilere neden olur.

Su florlama

Diş macunu gibi, florür tuzları, içenlerde çürüklerle mücadele etmek için içme suyu kaynaklarına eklenmiştir. Konsantrasyon hala çok daha düşük olmalıdır (0,7 ppm). Bununla birlikte, olası kanserojen etkilere atfedildiği için, bu uygulama genellikle güvensizlik ve tartışma konusudur.

Oksitleyici ajan

F ₂ gazı , çok güçlü bir oksitleyici ajan olarak davranır. Bu, birçok bileşiğin oksijene ve bir ısı kaynağına maruz kaldığından daha hızlı yanmasına neden olur. Bu yüzden ozonun yerini bile alabileceği roket yakıtı karışımlarında kullanılmıştır.

Polimerler

Birçok kullanımlarda, flor katılım F bağlı değildir ₂ ya da F ^- , fakat doğrudan bir organik bileşiğin parçası olarak elektronegatif atomuna sahiptir. Temelde, bir CF bağlantısından bahsediyoruz.

Yapısına bağlı olarak, CF bağları olan polimerler veya lifler genellikle hidrofobiktir, bu nedenle ıslanmazlar veya hidroflorik asit saldırısına direnmezler; Ya da daha iyisi, mükemmel elektrik izolatörleri ve borular ve contalar gibi nesnelerin yapıldığı faydalı malzemeler olabilirler. Teflon ve naphion, bu florlanmış polimerlerin örnekleridir.

eczacılar

Florinin reaktivitesi, birçok inorganik veya organik florin bileşiğinin sentezi için kullanımını sorgulanabilir hale getirir. Organiklerde, özellikle farmakolojik etkileri olanlarda, heteroatomlarından birini F atomları ile değiştirmek biyolojik hedefleri üzerindeki etkilerini (pozitif veya negatif olarak) artırır.

Bu nedenle ilaç endüstrisinde bazı ilaçların modifikasyonu flor atomları eklenerek her zaman masanın üzerinde.

Herbisitler ve mantar öldürücülerle çok benzer olur. İçlerindeki florür, böcek ve mantar zararlıları üzerindeki etkisini ve etkinliğini artırabilir.

Cam gravür

Hidroflorik asit, cama ve seramiğe karşı saldırganlığından dolayı, bu malzemelerin ince ve hassas parçalarını kazımak için kullanılmıştır; genellikle bilgisayarların mikro bileşenlerinin veya elektrik ampullerinin üretimi için tasarlanmıştır.

Uranyum zenginleştirme

Flor elementinin en uygun kullanımlarından biri uranyumu ²³⁵ U olarak zenginleştirmeye yardımcı olmaktır . Bunun için uranyum mineralleri hidroflorik asit içinde çözülerek UF ₄ üretilir . Bu inorganik florür daha sonra F ₂ ile reaksiyona girerek UF _6'ya ( ²³⁵ UF ₆ ve ²³⁸ UF ₆ ) dönüşür .

Daha sonra ve bir gaz santrifüjü vasıtasıyla ²³⁵ UF ₆ , ²³⁸ UF _6'dan ayrılır ve daha sonra oksitlenerek nükleer yakıt olarak depolanır.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya . (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Krämer Katrina. (2019). Dondurulmuş florinin yapısı 50 yıl sonra yeniden ziyaret edildi. Kraliyet Kimya Derneği. Chemistryworld.com'dan kurtarıldı
3. Vikipedi. (2019). Flor. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Flor. PubChem Veritabanı. CID = 24524. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Doug Stewart. (2019). Flor Elementi Gerçekleri. Chemicool. Chemicool.com'dan kurtarıldı
6. Batul Nafisa Baxamusa. (21 Şubat 2018). Yüksek Reaktif Florun Şaşırtıcı Şekilde Yaygın Kullanımları. Kurtarıldı: sciencestruck.com
7. Paola Opazo Sáez. (4 Şubat 2019). Diş macunundaki florür: Sağlığınız için iyi mi yoksa kötü mü? Kurtarıldı: nacionfarma.com
8. Karl Christe ve Stefan Schneider. (8 Mayıs 2019). Flor: kimyasal element. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
9. Lenntech BV (2019). Periyodik tablo: oksijen. Kurtarıldı: lenntech.com
10. Gagnon Steve. (Sf). Flor elementi. Jefferson Lab. Eğitim.jlab.org adresinden kurtarıldı
11. Amerikan Kanser Derneği tıbbi ve editoryal içerik ekibi. (2015, 28 Temmuz). Su florlaması ve kanser riski. Kanser.org'dan kurtarıldı