protonové číslo 9
relativní atomová hmotnost 18.998
elektronegativita 4.1
elektronová konfigurace [He]2s22p5
hustota (g·cm-3) 1.513 (kapalný)
teplota tání (°C) -218.6
teplota varu (°C) -188.1

Fluor (9F)

historie

  • název od minerálu fluoritu, který se dříve používal jako tavidlo (z latinského fluere = téci)
  • název navrhl roku 1812 A. M. Ampere Siru Humphry Davymu
  • zvláštní vlastnosti kazivce vydávat po zahřátí světlo (fluorescence) objeveny již v 17. století
  • pokusy o přípravu fluoru chemickou cestou vždy ztroskotaly na jeho extrémní reaktivitě
  • příprava se podařila až v roce 1886 H. Moissanovi
  • za tento objev a vynález elektrické pícky mu byla v roce 1906 udělena Nobelova cena za chemii

výskyt

  • v pořadí výskytu v zemské kůře na 13. místě
  • kazivec - CaF2
  • kryolit - Na3AlF6
  • fluoroapatit - Ca5F(PO4)3
  • malá množství obsažena i ve vzácných minerálech, například:
    • topas - Al2SiO4(OH,F)2
    • sellait - MgF2
    • villiaumit - NaF
    • bastnezit - (Ce,La)(CO3)F
  • stopové množství obsaženo v mořské vodě, vodě slaných bažin
  • v kostech a zubech

průmyslová výroba

Jediným prakticky používaným způsobem výroby je Moissanova metoda, která je založena na elektrolýze směsi fluoridu draselného (KF) a bezvodého fluorovodíku (HF).

V elektrolyzérech, které pracují při středních teplotách (80 – 100 °C) je poměr KF : HF 1 : 2, ve vysokoteplotních (240 °C) je poměr 1 : 1. Elektrolyzéry pracující při středních teplotách mají oproti vysokoteplotním několik výhod - uvnitř komor nižší tlak HF, snížená možnost koroze, delší životnost anody.

H2 a F2 spolu reagují velmi explozivně, a proto musí být prostor mezi katodou a anodou oddělen diafragmou. Teplota i výška hladiny elektrolytu jsou řízeny automaticky. Nádoba z měkké oceli je zároveň katodou. Anoda je tyč z kompaktního negrafitizovaného uhlíku.

Fluor se dodává v tlakových lahvích (230 g – 2,7 kg). Kapalný v nádržích o obsahu 2,27 t. Tyto nádrže jsou vybaveny chladícím obalem naplněným kapalným dusíkem.

fyzikální vlastnosti

  • světle žlutý plyn
  • kondenzuje na hnědavou kapalinu
  • molekula biatomická
  • nejčastěji v plynném stavu
  • jedovatý, pronikavě dráždivý zápach
  • jeden z jeho izotopů radioaktivní (18F), poločas rozpadu 109,8 min

chemické vlastnosti

  • nejreaktivnější ze všech prvků
  • reaguje se všemi prvky vyjma helia, argonu a neonu, s některými za vzniku tepla a světla
  • často se slučuje přímo a to s takovou rychlostí, že reakce mívá až explozivní průběh
  • velmi silné oxidační činidlo
  • s vodíkem se slučuje i v temnu a při velmi nízkých teplotách explozivně
  • tendence odebírat vodík jiným sloučeninám:
    2H2O + 2F2 → O2 + 4HF
  • z oxidů kovů uvolňuje kyslík nebo se s nimi slučuje na fluorid-oxidy
  • velmi prudce rozrušuje organické sloučeniny
  • nepůsobí na sklo pokud je suchý a dokonale zbavený stop fluorovodíku

užití

  • většina vyrobeného fluoru (70 – 80%) se používá k výrobě fluoridu uranového (UF6) pro potřeby jaderných elektráren
  • výroba fluoridu sírového (SF6) - výborné dielektrikum
  • výroba fluoračních činidel ClF3, BrF3 a IF3
  • používá se k výrobě inertních mazacích tuků nebo fluorovaných olejů

sloučeniny

  • fluorovodík (HF)
    • silně páchnoucí bezbarvý plyn
    • bezvodý fluorovodík se vyrábí působením kyseliny sírové na kazivec:
      CaF2(s) + H2SO4(l) → 2HF(g) + CaSO4(s)
      reakce endotermická, proto se provádí za zvýšené teploty
    • vodný roztok fluorovodíku = kyselina fluorovodíková (nejslabší halogenvodíková kyselina), disociace:
      HF + H2O → F- + H3O+
      může být i ve formě diméru (jako jediná halogenvodíková kyselina vytváří hydrogensoli):
      H2F2 + H2O → (HF2)- + H3O+
    • fluorovodík i kyselina fluorovodíková asociují (vazba vodíkovým můstkem)
    • fluorovodík i kyselina fluorovodíková leptají sklo:
      SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O,
      proto se uchovávají v lahvích z umělé hmoty
    • kyselina fluorovodíková je bezbarvá kapalina, vroucí při laboratorní teplotě a na vzduchu dýmající
    • páry fluorovodíku i jeho vodného roztoku jsou velmi jedovaté a silně leptají tkáně
      • citlivost i neškodně vyhlížejících popálenin způsobených HF se projevuje později
      • charakteristická bílá poranění jsou mimořádně bolestivá
      • žíravý účinek HF na pokožku je způsoben dehydratací, nízkým pH a specifickým toxickým účinkem vysoké koncentrace iontů F-, ty z tkáně odebírají Ca2+ jako CaF2
      • úbytek Ca2+ má za následek vznik relativního nadbytku K+ v tkáních
      • to je příčinou zvýšené dráždivosti nervů.
    • při poleptání kyselinou fluorovodíkovou:
      1. ránu omývat alespoň 15 minut velkým množstvím vody
      2. přiložit vlhký obklad (nebo ponořit poraněné místo do roztoku) chladného MgSO4
      3. podkožní injekcí vstříknout 10% roztok glukonátu vápenatého, který rychle ztiší bolest
      4. popálenou oblast odstranit chirurgicky lékařské ošetření je v každém případě nezbytné a to i v případě, že počáteční symptomy jsou slabé, protože později může dojít k vážným hlubokým poškozením tkání
    • užití
      • původně se z HF vyráběly freony využívané v chladících systémech a tlakových rozprašovačích, v některých zemích je jejich výroba zastavena pro poškozování ozónové vrstvy Země
      • dnes se používá k výrobě syntetického kryolitu (zvýšená výroba hliníku)
      • katalyzátor při alkylaci ropy
      • při leptání skla
      • opalizování žárovek a televizních obrazovek
      • k výrobě fluoridů
      • výroba kyselých pracích prostředků
      • stabilizátor palivových směsí raket
      • výroba mikroelektronických obvodů
  • fluoridy
    • příprava
      • reakcí kyseliny fluorovodíkové s většinou kovů (mimo Au a platinový kovů)
      • reakcí kyseliny s oxidy, hydroxidy nebo uhličitany příslušných kovů
      • fluoridy alkalických kovů jsou ve vodě rozpustné s výjimkou fluoridu lithného
      • fluoridy kovů mají převážně solný charakter, jsou málo těkavé
        těkavý je např. fluorid osmičelý (OsF8) a fluoridy nekovů
      • fluoridy kovů podskupin B barevné, podskupin A bezbarvé
      • fluoridy jednak normální (např. NaF), jednak hydrogenfluoridy, které můžeme získat adicí fluorovodíku na normální fluorid:
        KF + HF → KHF2
    • fluorid sodný (NaF)
      • užití
        • fluoridace vody
        • konzervování dřeva
        • výroba insekticidů a fungicidů
    • fluorid cínatý (SnF2)
      • užití
        • do zubních past k prevenci tvorby zubního kazu
  • oxid fluoru (OF2), peroxid fluoru (O2F2)
    • látky velmi reaktivní
  • kyselina tetrafluoroboritá (H[BF4]) a tetrafluoroboritany [BF4]-
    • užití
      • elektrické pokovování
      • katalyzátory a tavidla při výrobě kovů a povrchové úpravě kovů
  • kyselina hexafluorokřemičitá (H2[SiF6]) a hexafluorokřemičitany ([SiF6]2-)
    • užití
      • výroba skla a keramiky
      • úprava rud
      • fluoridace vody
  • kyselina fluorná (HFO)
    • zjištěna v roce 1968 při fotolýze směsi fluoru a vody v matrici pevného dusíku při teplotě 14 až 20 K
    • vážitelné množství bylo připraveno v roce 1971 fluorací vody (M. H. Studier a E. H. Appelman)
    • bílá pevná látka, která taje při -117 °C na světle žlutou kapalinu
    • nestálá
    • rychle reaguje s vodou na HF, H2O2 a O2
      ve zředěných kyselých roztocích vzniká převážně H2O2
      v alkalických roztocích je vedle HF hlavním produktem O2