الفلور عنصر كيميائي (الرمز F ، العدد الذري 9) ، وهو عنصر غير معدني ينتمي إلى مجموعة الهالوجينات. إنها المادة الأكثر نشاطًا وكهربائية. عند درجة الحرارة والضغط العاديين ، يكون جزيء الفلور غازًا سامًا أصفر شاحبًا بالصيغة F2. مثل الهاليدات الأخرى ، يعتبر الفلور الجزيئي خطيرًا جدًا ويسبب حروقًا كيميائية شديدة عند ملامسته للجلد.
استخدم
يستخدم الفلور ومركباته على نطاق واسع ، بما في ذلك إنتاج المستحضرات الصيدلانية والكيماويات الزراعية والوقود ومواد التشحيم والمنسوجات. يستخدم حمض الهيدروفلوريك لنقش الزجاج ، بينما تستخدم بلازما الفلور لإنتاج أشباه الموصلات والمواد الأخرى. قد تساعد التركيزات المنخفضة من أيونات F في معجون الأسنان ومياه الشرب في منع تسوس الأسنان ، بينما توجد تركيزات أعلى في بعض المبيدات الحشرية. العديد من أدوية التخدير العامة عبارة عن مشتقات الهيدروفلوروكربون. النظير18F هو مصدر للبوزيترونات للحصول على العلاج الطبيالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، ويستخدم سادس فلوريد اليورانيوم لفصل نظائر اليورانيوم وإنتاج اليورانيوم المخصب لمحطات الطاقة النووية.
تاريخ الاكتشاف
كانت المعادن المحتوية على مركبات الفلور معروفة قبل سنوات عديدة من عزل هذا العنصر الكيميائي. على سبيل المثال ، تم وصف الفلورسبار المعدني (أو الفلوريت) ، المكون من فلوريد الكالسيوم ، في عام 1530 بواسطة جورج أجريكولا. لاحظ أنه يمكن استخدامه كمواد متدفقة ، وهي مادة تساعد على خفض درجة انصهار المعدن أو الخام وتساعد على تنقية المعدن المطلوب. لذلك ، حصل الفلور على اسمه اللاتيني من كلمة fluere ("to flow").
في عام 1670 ، اكتشف منفاخ الزجاج Heinrich Schwanhard أن الزجاج محفور بفعل فلوريد الكالسيوم (الفلورسبار) المعالج بالحمض. قام كارل شيل والعديد من الباحثين اللاحقين ، بما في ذلك همفري ديفي ، وجوزيف لويس جاي-لوساك ، وأنطوان لافوازييه ، ولويس ثينارد ، بتجربة حمض الهيدروفلوريك (HF) ، والذي تم الحصول عليه بسهولة عن طريق معالجة CaF بحمض الكبريتيك المركز.
في النهاية ، أصبح من الواضح أن HF يحتوي على عنصر غير معروف سابقًا. ومع ذلك ، بسبب تفاعلها المفرط ، لا يمكن عزل هذه المادة لسنوات عديدة. ليس من الصعب فصلها عن المركبات فحسب ، بل إنها تتفاعل على الفور مع مكوناتها الأخرى. إن عزل عنصر الفلور عن حمض الهيدروفلوريك أمر خطير للغاية ، وقد أدت المحاولات المبكرة إلى تعمي وقتل العديد من العلماء. أصبح هؤلاء الناس يعرفون باسم "الشهداءالفلور."
الاكتشاف والإنتاج
أخيرًا ، في عام 1886 ، تمكن الكيميائي الفرنسي هنري مويسان من عزل الفلور عن طريق التحليل الكهربائي لمزيج من فلوريد البوتاسيوم المنصهر وحمض الهيدروفلوريك. لهذا حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1906. لا يزال نهج التحليل الكهربائي الخاص به يستخدم اليوم للإنتاج الصناعي لهذا العنصر الكيميائي.
بدأ أول إنتاج واسع النطاق للفلور خلال الحرب العالمية الثانية. كانت مطلوبة لإحدى مراحل صنع القنبلة الذرية كجزء من مشروع مانهاتن. تم استخدام الفلور لإنتاج سادس فلوريد اليورانيوم (UF6) ، والذي تم استخدامه بدوره لفصل النظيرين235U وعن بعضهما البعض 238ش. اليوم ، هناك حاجة إلى UF الغازي6لإنتاج اليورانيوم المخصب للطاقة النووية.
اهم خواص الفلور
في الجدول الدوري ، يوجد العنصر في أعلى المجموعة 17 (المجموعة 7 أ سابقًا) ، والتي تسمى الهالوجين. تشمل الهالوجينات الأخرى الكلور والبروم واليود والأستاتين. بالإضافة إلى ذلك ، F في الفترة الثانية بين الأكسجين والنيون.
الفلور النقي هو غاز أكّال (الصيغة الكيميائية F2) برائحة نفاذة مميزة توجد بتركيز 20 نيوتن لتر لكل لتر من الحجم. نظرًا لكونه أكثر العناصر تفاعلًا وكهربائيًا ، فإنه يشكل مركبات بسهولة مع معظمها. الفلور متفاعل للغاية بحيث لا يمكن أن يوجد في شكل عنصري ولديه مثل هذاتقارب مع معظم المواد ، بما في ذلك السيليكون ، التي لا يمكن تحضيرها أو تخزينها في عبوات زجاجية. في الهواء الرطب ، يتفاعل مع الماء ليشكل حمض الهيدروفلوريك بنفس الخطورة.
يتفاعل الفلور مع الهيدروجين وينفجر حتى في درجات الحرارة المنخفضة وفي الظلام. يتفاعل بعنف مع الماء لتكوين حمض الهيدروفلوريك وغاز الأكسجين. تحترق المواد المختلفة ، بما في ذلك المعادن والنظارات المشتتة بدقة ، بلهب ساطع في نفاثة من الفلور الغازي. بالإضافة إلى ذلك ، يشكل هذا العنصر الكيميائي مركبات مع الغازات النبيلة الكريبتون والزينون والرادون. ومع ذلك ، فإنه لا يتفاعل مباشرة مع النيتروجين والأكسجين.
على الرغم من النشاط المفرط للفلور ، فقد أصبحت طرق التعامل معه ونقله بشكل آمن متاحة الآن. يمكن تخزين العنصر في حاويات من الصلب أو المونيل (سبائك غنية بالنيكل) ، حيث تتشكل الفلوريدات على سطح هذه المواد ، مما يمنع المزيد من التفاعل.
الفلوريدات عبارة عن مواد يوجد فيها الفلور كأيون سالب الشحنة (F-) مع بعض العناصر الموجبة الشحنة. تعتبر مركبات الفلور مع المعادن من بين الأملاح الأكثر استقرارًا. عندما تذوب في الماء ، فإنها تنقسم إلى أيونات. الأشكال الأخرى من الفلور عبارة عن معقدات ، على سبيل المثال ، [FeF4]-، و H2F +.
النظائر
هناك العديد من النظائر لهذا الهالوجين ، تتراوح من14F إلى31F. لكن التركيب النظائري للفلور يشمل واحدًا منهم فقط ، 19F ، الذي يحتوي على 10 نيوترونات ، لأنه الوحيد المستقر. النظير المشع18F هو مصدر قيم للبوزيترونات.
التأثير البيولوجي
يوجد الفلور في الجسم بشكل رئيسي في العظام والأسنان على شكل أيونات. إن فلورة مياه الشرب بتركيز أقل من جزء في المليون يقلل بشكل كبير من حدوث التسوس - وفقًا لمجلس البحوث الوطني التابع للأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي التراكم المفرط للفلورايد إلى التسمم بالفلور ، والذي يتجلى في الأسنان المرقطة. عادة ما يتم ملاحظة هذا التأثير في المناطق التي يتجاوز فيها محتوى هذا العنصر الكيميائي في مياه الشرب تركيز 10 جزء في المليون.
عنصر الفلور وأملاح الفلورايد سامة ويجب التعامل معها بحذر شديد. يجب تجنب ملامسة الجلد أو العين بعناية. ينتج عن التفاعل مع الجلد حمض الهيدروفلوريك ، الذي يخترق الأنسجة بسرعة ويتفاعل مع الكالسيوم في العظام ، مما يؤدي إلى إتلافها بشكل دائم.
الفلورين البيئي
يبلغ الإنتاج العالمي السنوي من الفلوريت المعدني حوالي 4 ملايين طن ، وتبلغ الطاقة الإجمالية للرواسب المستكشفة في حدود 120 مليون طن.مناطق التعدين الرئيسية لهذا المعدن هي المكسيك والصين وأوروبا الغربية.
يتواجد الفلورين بشكل طبيعي في القشرة الأرضية ، حيث يتواجد في الصخور والفحم والطين. يتم إطلاق الفلوريدات في الهواء عن طريق تآكل التربة بفعل الرياح. يحتل الفلورين المرتبة الثالثة عشر بين أكثر العناصر الكيميائية وفرة في القشرة الأرضية - محتواهايساوي 950 جزء في المليون. في التربة ، يبلغ متوسط تركيزه حوالي 330 جزء في المليون. يمكن إطلاق فلوريد الهيدروجين في الهواء نتيجة لعمليات الاحتراق الصناعي. ينتهي الحال بالفلوريدات الموجودة في الهواء بالسقوط على الأرض أو في الماء. عندما يرتبط الفلور بجزيئات صغيرة جدًا ، يمكن أن يبقى في الهواء لفترات طويلة من الزمن.
في الغلاف الجوي ، يوجد 0.6 من المليار من هذا العنصر الكيميائي في شكل ضباب ملح ومركبات الكلور العضوية. في المناطق الحضرية يصل التركيز إلى 50 جزءًا في المليار.
اتصالات
الفلور عنصر كيميائي يشكل مجموعة واسعة من المركبات العضوية وغير العضوية. يمكن للكيميائيين استبدال ذرات الهيدروجين به ، وبالتالي خلق العديد من المواد الجديدة. يشكل الهالوجين عالي التفاعل مركبات مع الغازات النبيلة. في عام 1962 ، صنع نيل بارتليت سداسي فلورو بلاتينات الزينون (XePtF6). كما تم الحصول على فلوريد الكريبتون والرادون. مركب آخر هو الأرجون فلوروهيدريد ، وهو مستقر فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية.
التطبيقات الصناعية
في حالته الذرية والجزيئية ، يستخدم الفلور في حفر البلازما في إنتاج أشباه الموصلات ، وشاشات العرض المسطحة ، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة. يستخدم حمض الهيدروفلوريك لنقش الزجاج في المصابيح والمنتجات الأخرى.
إلى جانب بعض مركباته ، يعتبر الفلور مكونًا مهمًا في إنتاج المستحضرات الصيدلانية والكيماويات الزراعية والوقود وزيوت التشحيمالمواد والمنسوجات. العنصر الكيميائي ضروري لإنتاج ألكانات مهلجنة (هالونات) ، والتي بدورها تستخدم على نطاق واسع في أنظمة تكييف الهواء والتبريد. في وقت لاحق ، تم حظر استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية لأنها تساهم في تدمير طبقة الأوزون في الغلاف الجوي العلوي.
سادس فلوريد الكبريت هو غاز خامل للغاية وغير سام يصنف على أنه غاز دفيئة. بدون الفلور ، لا يمكن إنتاج مواد بلاستيكية منخفضة الاحتكاك مثل التفلون. العديد من أدوية التخدير (مثل سيفوفلوران وديسفلوران وإيزوفلورين) هي من مشتقات مركبات الكربون الكلورية فلورية. يستخدم سداسي فلورو ألومينات الصوديوم (كريوليت) في التحليل الكهربائي للألمنيوم.
مركبات الفلوريد ، بما في ذلك NaF ، تستخدم في معاجين الأسنان لمنع تسوس الأسنان. تضاف هذه المواد إلى إمدادات المياه البلدية لتوفير فلورة المياه ، ومع ذلك تعتبر هذه الممارسة مثيرة للجدل بسبب تأثيرها على صحة الإنسان. بتركيزات أعلى ، يستخدم NaF كمبيد حشري ، خاصة لمكافحة الصراصير.
في الماضي ، تم استخدام الفلوريدات لخفض درجة انصهار المعادن والخامات وزيادة سيولتها. يعتبر الفلور مكونًا مهمًا في إنتاج سداسي فلوريد اليورانيوم ، والذي يستخدم لفصل نظائره.18F ، نظير مشع بعمر نصف يبلغ 110 دقيقة ، ينبعث البوزيترونات وغالبًا ما يستخدم في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الطبي.
الخصائص الفيزيائية للفلور
الخصائص الأساسيةالعنصر الكيميائي كالتالي:
- الكتلة الذرية 18.9984032 g / mol.
- التكوين الإلكتروني 1s22s22p5.
- حالة الأكسدة -1.
- الكثافة 1.7 جم / لتر
- نقطة الانصهار 53.53 K.
- نقطة الغليان 85.03 K.
- السعة الحرارية 31.34 J / (K · mol).
