Thành phần hóa học flo: valency, properties, characteristics

Fluorine (F) là thành phần hóa học phản ứng mạnh nhất và là halogen nhẹ nhất của nhóm 17 (VIIa) của bảng tuần hoàn. Đặc tính này của flo được giải thích bởi khả năng thu hút các điện tử (đây là yếu tố điện động nhất) và kích thước nhỏ của các nguyên tử.

Lịch sử khám phá

Chất lỏng khoáng chất chứa florua được mô tả trong năm 1529 bởi một bác sĩ người Đức và nhà khoáng vật học Georgy Agricola. Có thể acid hydrofluoric lần đầu tiên thu được bằng một cái thổi thủy tinh Anh không rõ năm 1720. Và vào năm 1771, nhà hóa học Karl Wilhelm Scheele người Thụy Điển đã nhận được acid hydrofluoric chưa tinh chế bằng cách làm nóng chất lỏng florua với axit sulfuric cô đặc trong một phản ứng thủy tinh mà phần lớn bị ăn mòn bởi sản phẩm . Do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo, các tàu kim loại đã được sử dụng. Hầu hết axit khan được thu được vào năm 1809, và hai năm sau, nhà vật lí người Pháp André-Marie Ampere cho rằng đây là một hợp chất hydro với một yếu tố không biết tương tự như clo, vì vậy ông đề xuất tên flo từ tiếng Hy Lạp φθόριος, "phá hủy". Florua là chất florua canxi.

Việc giải phóng floine vẫn là một trong những vấn đề không được giải quyết chủ yếu của hóa học vô cơ cho đến năm 1886, khi nhà hóa học người Pháp Henri Moissan nhận được phần tử này bằng điện phân của dung dịch kali hydrofluoride trong hydrogen fluoride. Năm 1906, ông nhận giải Nobel. Khó khăn trong việc xử lý nguyên tố này và các đặc tính độc hại của flo góp phần làm chậm tiến trình hóa học của nguyên tố này. Cho đến Thế chiến thứ hai đó là một kỳ quan trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, việc sử dụng urani hexafluoride trong việc tách các đồng vị Urani cùng với sự gia tăng giá trị công nghiệp của các hợp chất hữu cơ của nguyên tố này làm cho nó trở thành một hóa chất có lợi ích đáng kể.

Tỷ lệ

Fluorua chứa florua (fluorit, CaF2) trong nhiều thế kỷ đã được sử dụng làm chất làm sạch (chất làm sạch) trong quá trình luyện kim. Khoáng chất sau đó hóa ra là nguồn gốc của nguyên tố, còn được gọi là fluor. Các tinh thể fluorite minh bạch trong suốt dưới ánh sáng có một màu xanh nhạt. Tài sản này được gọi là huỳnh quang.

Fluorine là một nguyên tố xảy ra trong tự nhiên chỉ dưới dạng các hợp chất hóa học của nó, ngoại trừ một phần rất nhỏ của một nguyên tố tự do trong chất lỏng fluorspar phóng xạ có bức xạ từ radium. Nội dung của nguyên tố trong lớp vỏ trái đất là khoảng 0,065%. Khoáng chất có chứa fluorine chính là fluorspar, cryolite (Na3 AlF6), fluorapatit (Ca ₅ [PO ₄ ] ₃ [F, Cl]), topaz (Al ₂ SiO ₄ [F, OH] ₂ ) và lepidolit.

Thuộc tính lý hóa của flo

Ở nhiệt độ phòng, flo là một loại khí vàng nhạt với mùi khó chịu. Hít phải là nguy hiểm. Khi làm lạnh, nó sẽ trở thành chất lỏng màu vàng. Chỉ có một đồng vị ổn định của thành phần hóa học này - flo-19.

Năng lượng ion hóa đầu tiên của halogen này rất cao (402 kcal / mol), đây là nhiệt độ chuẩn của sự hình thành cation F ⁺ 420 kcal / mol.

Kích thước nhỏ của nguyên tử nguyên tử cho phép chúng đặt các lượng tương đối lớn xung quanh nguyên tử trung tâm để tạo thành một tập hợp các phức ổn định, ví dụ hexafluorosilicate (SiF ₆ ) ² và hexafluoroaluminat (AlF ₆ ) ³ . Fluor là một nguyên tố có đặc tính oxy hoá mạnh nhất. Không có chất nào khác có khả năng oxy hóa các anion florua để trở thành một nguyên tố tự do, và vì lý do này nguyên tố này không ở trạng thái tự do trong tự nhiên. Tính chất của flo trong hơn 150 năm không cho phép thu được bằng bất kỳ phương pháp hóa học nào. Điều này chỉ đạt được thông qua việc sử dụng điện phân. Tuy nhiên, vào năm 1986, một nhà hóa học người Mỹ, Carl Christ, đã báo cáo việc sản xuất flo "hoá học" đầu tiên. Ông đã sử dụng K ₂ MnF ₆ và antimon pentafluoride (SbF ₅ ), có thể thu được từ các dung dịch của HF.

Fluorine: hóa trị và trạng thái oxy hóa

Vỏ ngoài của halogen chứa một electron không tương xứng. Đó là lý do tại sao hóa trị của flo trong các hợp chất là sự thống nhất. Tuy nhiên, các nguyên tử của các nguyên tố của nhóm VIIa có thể làm tăng số lượng các electron như vậy lên 7. Hàm lượng cực đại của flo và mức oxy hóa của nó là -1. Yếu tố không thể mở rộng vỏ giá trị của nó, vì nguyên tử của nó không có quỹ đạo d. Các halogen khác, do sự hiện diện của nó, có thể có giá trị lên tới 7.

Khả năng oxy hóa cao của nguyên tố cho phép đạt được độ oxy hóa cực đại có thể ở các nguyên tố khác. Fluorine (valent I) có thể tạo thành các hợp chất không tồn tại trong các halogenua khác: bạc difluoride (AgF ₂ ), cobalt trifluoride (coF ₃ ), rheni heptafluoride (ReF ₇ ), bromine pentafluoride (BrF ₅ ) và iodine heptafluoride ₇ ).

Kết nối

Công thức flo (F ₂ ) gồm có hai nguyên tử nguyên tử. Nó có thể kết hợp các hợp chất với tất cả các nguyên tố khác, ngoại trừ helium và neon, tạo thành fluoric ion hoặc chất đồng hóa trị. Một số kim loại, chẳng hạn như niken, nhanh chóng được phủ một lớp của halogen này, để ngăn ngừa sự liên kết của kim loại với nguyên tố. Một số kim loại khô, chẳng hạn như thép nhẹ, đồng, nhôm hoặc monel (66% niken và hợp kim đồng 31,5%) không phản ứng ở nhiệt độ bình thường bằng flo. Để làm việc với các nguyên tố ở nhiệt độ lên đến 600 ° C, một monel là phù hợp; Alumina nhão ổn định đến 700oC.

Dầu fluorocarbon là chất bôi trơn phù hợp nhất. Element phản ứng dữ dội với các chất hữu cơ (ví dụ cao su, gỗ và vải sợi), do đó việc kiểm soát florua các hợp chất hữu cơ bằng float nguyên tố chỉ có thể thông qua các biện pháp phòng ngừa đặc biệt.

Sản xuất

Floror là chất chính của chất florua. Trong sản xuất hydro fluoride (HF), floit bột được chưng cất bằng axit sulfuric cô đặc trong một thiết bị dẫn hoặc gang. Trong quá trình chưng cất, hình thành nên canxi sunfat (CaSO ₄ ), không hòa tan trong HF. Hydrogen florua được tạo ra ở trạng thái khan hiếm bằng cách chưng cất từng phần trong các ống đồng hoặc thép và được lưu trữ trong các xi lanh thép. Các tạp chất thông thường trong hydrogen fluoride công nghiệp là axit sulfuric và sulfuric, cũng như axit fluorosilicic (H ₂ SiF ₆ ), được hình thành do sự có mặt của silic trong thori fluorit. Các dấu vết ẩm có thể được loại bỏ bằng điện phân bằng điện cực platin, xử lý bằng nguyên tố flo hoặc lưu trữ trên một axit Lewis mạnh hơn (MF ₅ , trong đó M là một kim loại) có thể hình thành muối (H ₃ O) ⁺ (MF ₆ ): H ₂ O + SbF ₅ + HF → (H ₃ O) ⁺ (SbF ₆ ) ^- .

Hydrogen florua được sử dụng để chuẩn bị các hợp chất vô cơ và hữu cơ vô cơ công nghiệp, ví dụ nhôm fluoride (Na ₃ AlF ₆ ), được sử dụng như một chất điện phân trong quá trình nấu kim loại nhôm. Một giải pháp hydro fluoride hydro trong nước được gọi là axit flofluoric, một lượng lớn được sử dụng để làm sạch các kim loại và để đánh bóng, làm cho kính ngu si đần độn hoặc để khắc nó.

Các yếu tố tự do thu được bằng các quy trình điện phân trong trường hợp không có nước. Theo nguyên tắc, chúng có dạng electrolysis của dung dịch kali fluoride với hydrogen fluoride (trong tỷ lệ 1 đến 2.5-5) ở nhiệt độ 30-70, 80-120 hoặc 250oC. Trong quá trình này, hàm lượng hydrogen fluoride trong chất điện phân giảm, và nhiệt độ nóng chảy tăng lên. Vì vậy, nó là cần thiết mà nó bổ sung xảy ra liên tục. Trong buồng có nhiệt độ cao, chất điện phân được thay thế khi nhiệt độ vượt quá 300 ° C Fluoride có thể được lưu trữ an toàn dưới áp suất trong bình bằng thép không gỉ nếu van xi lanh không có dấu vết các chất hữu cơ.

Sử dụng

Nguyên tố này được sử dụng để tạo ra các chất florua khác nhau, chẳng hạn như chlorine trifluoride (ClF ₃ ), sulfur hexafluoride (SF ₆ ) hoặc cobalt trifluoride (CoF ₃ ). Các hợp chất của clo và coban là những chất fluorin quan trọng của các hợp chất hữu cơ. (Nếu có biện pháp phòng ngừa thích hợp, fluorine có thể được sử dụng trực tiếp). Sulphur hexafluoride được sử dụng như một chất điện môi khí.

Nguyên tố flo, thường pha loãng với nitơ, phản ứng với hydrocarbon để hình thành các fluorocarbons tương ứng trong đó một phần hoặc toàn bộ hydro được thay thế bằng halogen. Các hợp chất thu được, theo nguyên tắc, được đặc trưng bởi tính ổn định cao, tính trơ hóa học, điện trở cao, cũng như các đặc tính hóa lý có giá trị khác.

Fluoramin cũng có thể được thực hiện bằng cách xử lý các hợp chất hữu cơ bằng cobalt trifluoride (CoF ₃ ) hoặc bằng cách điện phân dung dịch của chúng trong hydrogen fluoride khan. Các chất dẻo hữu ích có tính chất không dính, chẳng hạn như polytetrafluoroethylene [(CF ₂ CF ₂ ) _x ], được biết dưới tên thương mại Teflon, có nguồn gốc từ các hydrocacbon fluor chưa bão hòa.

Các hợp chất hữu cơ có chứa clo, brom hoặc iốt được làm flo để sản xuất các chất như dichlorodifluoromethane (Cl ₂ CF ₂ ), chất làm lạnh đã được sử dụng rộng rãi trong tủ lạnh gia dụng và máy điều hòa không khí. Vì các chlorofluorocarbons, chẳng hạn như dichlorodifluoromethane, đóng một vai trò tích cực trong sự suy giảm của tầng ôzôn, sản xuất và sử dụng của chúng đã bị hạn chế, và bây giờ việc sử dụng các chất làm lạnh chứa hydrofluorocarbons được ưu tiên hơn.

Nguyên tố này cũng được sử dụng để sản xuất uranium hexafluoride (UF ₆ ), được sử dụng trong quá trình khuếch tán khí để tách urani-235 từ urani-238 trong sản xuất nhiên liệu hạt nhân. Hydrofluoric acid và boron trifluoride (BF3) được sản xuất trên quy mô công nghiệp, vì chúng là những chất xúc tác tốt cho các phản ứng alkyl hóa được sử dụng để tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ. Natri florua thường được thêm vào nước uống để giảm tỷ lệ sâu răng ở trẻ em. Trong những năm gần đây, việc sử dụng các hợp chất florua trong lĩnh vực dược phẩm và nông nghiệp đã trở nên quan trọng nhất. Sự thay thế có chọn lọc của chất florua làm thay đổi đáng kể tính chất sinh học của các chất.

Phân tích

Thật khó để xác định chính xác lượng halogen này trong các hợp chất. Florua tự do, có giá trị bằng 1, có thể được phát hiện bởi quá trình oxy hóa thủy ngân Hg + F ₂ → HgF ₂ , và bằng cách đo sự gia tăng trọng lượng thủy ngân và sự thay đổi thể tích khí. Các xét nghiệm định tính chính cho sự có mặt của các ion nguyên tố là:

• Sự phát triển của hydrogen fluoride dưới ảnh hưởng của acid sulfuric,
• Sự hình thành của một kết tủa canxi florua với việc bổ sung một giải pháp của canxi clorua,
• Phá màu một dung dịch màu vàng của titanium tetraoxit (TiO ₄ ) và hydrogen peroxide trong axit sulfuric.

Phương pháp định lượng phân tích:

• Lượng mưa của canxi florua ở sự hiện diện của natri cacbonat và xử lý kết tủa với axit axetic,
• Lượng mưa chloroflorua dẫn bằng cách bổ sung natri clorua và chì nitrate,
• Phản ứng (xác định nồng độ của dung môi) với dung dịch nitrat thori (Th [NO ₃ ] ₄ ) sử dụng sodium alizarine sulfonate như một chỉ thị: Th (NO ₃ ) ₄ + 4KF ↔ ThF ₄ + 4KNO ₃ .

Covalence bị ràng buộc fluorine (valence I), ví dụ, trong fluorocarbons, rất khó để phân tích. Điều này đòi hỏi một hợp chất với natri kim loại tiếp theo là phân tích các ion F, như mô tả ở trên.

Các thuộc tính của phần tử

Cuối cùng, chúng tôi đưa ra một số tính chất của flo:

• Số nguyên tử: 9.
• Trọng lượng nguyên tử: 18.9984.
• Các valence flo có thể: 1.
• Điểm nóng chảy: -219,62 ° C
• Điểm sôi: -188 ° C.
• Mật độ (1 atm, 0 ° C): 1.696 g / l.
• Công thức điện tử của flo: 1s ² 2s ² 2p ⁵ _.