Значение слова ФТОР в Большой советской энциклопедии, БСЭ

ФТОР

(лат. Fluorum), F, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, относится к галогенам , атомный номер 9, атомная масса 18,998403; при нормальных условиях (0 |С; 0,1 Мн/м2 , или 1 кгс/см2 ) - газ бледно-жёлтого цвета с резким запахом.

Природный Ф. состоит из одного стабильного изотопа 19F. Искусственно получены пять радиоактивных изотопов: 16F с периодом полураспада Т1 /2 < 1 сек , 17F ( T 1/2 70 сек ), 18F ( T 1/2 111 мин ), 20F ( T 1/2 11,4 сек ), 21F ( T1 /2 5 сек ).

Историческая справка. Первое соединение Ф. - флюорит (плавиковый шпат) CaF2 - описано в конце 15 в. под название 'флюор' (от лат. fluo - теку, по свойству CaFa2 делать жидкотекучими вязкие шлаки металлургических производств). В 1771 К. Шееле получил плавиковую кислоту. Свободный Ф. выделил А. Муассан в 1886 электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF3.

Химия Ф. начала развиваться с 1930-х гг., особенно быстро - в годы 2-й мировой войны 1939 - 45 и после неё в связи с потребностями атомной промышленности и ракетной техники. Название 'Ф.' (от греч. phthoros - разрушение, гибель), предложенное А. Ампером в 1810, употребляется только в рус. языке; во многих странах принято название 'флюор'.

Распространение в природе. Среднее содержание Ф. в земной коре (кларк) 6,25T10-2 % по массе; в кислых изверженных породах (гранитах) оно составляет 8T10-2 %, в основных - 3,7T10-2 %, в ультраосновных - 1T10-2 %. Ф. присутствует в вулканических газах и термальных водах. Важнейшие соединения Ф. - флюорит , криолит и топаз (см. Фториды природные ). Всего известно 86 фторсодержащих минералов. Соединения Ф. находятся также в апатитах , фосфоритах и др. Ф. - важный биогенный элемент . В истории Земли источником поступления Ф. в биосферу были продукты извержения вулканов (газы и др.).

Физические и химические свойства. Газообразный Ф. имеет плотность 1,693 г/л (0|С и 0,1 Мн/м2 , или 1 кгс/см2 ), жидкий - 1,5127 г/см3 (при температуре кипения); t пл - 219,61|С; t kип - 188,13|С. Молекула Ф. состоит из двух атомов (F2); при 1000|С 50% молекул диссоциирует, энергия диссоциации около 155 | 4 кдж/моль (37 | 1 ккал/моль ). Ф. плохо растворим в жидком фтористом водороде; растворимость 2,5T10-3 г в 100 г HF при -70|С и 0,4T10-3 при -20|С; в жидком виде неограниченно растворим в жидком кислороде и озоне. Конфигурация внешних электронов атома Ф. 2 s2 2 p2 . В соединениях проявляет степень окисления - 1 . Ковалентный радиус атома 0,72Å, ионный радиус 1,33Å. Сродство к электрону 3,62 эв , энергия ионизации (F - F+) 17,418 эв . Высокими значениями сродства к электрону и энергии ионизации объясняется сильная электроотрицательность атома Ф., наибольшая среди всех др. элементов. Высокая реакционная способность Ф. обусловливает экзотермичность фторирования, которая, в свою очередь, определяется аномально малой величиной энергии диссоциации молекулы Ф. и большими величинами энергии связей атома Ф. с др. атомами. Прямое фторирование имеет цепной механизм и легко может перейти в горение и взрыв. Ф. реагирует со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. С кислородом взаимодействует в тлеющем разряде, образуя при низких температурах фториды кислорода O2F2, O3F2 и др. Реакции Ф. с др. галогенами экзотермичны, в результате образуются межгалогенные соединения . Хлор взаимодействует с Ф. при нагревании до 200-250|С, давая монофтористый хлор CIF и трёхфтористый хлор ClF3. Известен также CIF5, получаемый фторированием ClF3 при высокой температуре и давлении 25 Мн/м2 (250 кгс/см2 ). Бром и йод воспламеняются в атмосфере Ф. при обычной температуре, при этом могут быть получены BrF3, BrF5, IF5, IF7. Ф. непосредственно реагирует с криптоном, ксеноном и радоном, образуя соответствующие фториды (например, XeF4, XeF6, KrF2). Известны также оксифториды ксенона.

Взаимодействие Ф. с серой сопровождается выделением тепла и приводит к образованию многочисленных серы фторидов . Селен и теллур образуют высшие фториды SeF6 TeF6. Ф. с водородом реагируют с воспламенением; при этом образуется фтористый водород . Это радикальная реакция с разветвлением цепей: HF* + H2 HF + H2*; H2* + F2 HF + Н + F (где HF* и H2* - молекулы в колебательно-возбуждённом состоянии); реакция используется в химических лазерах. Ф. с азотом реагирует лишь в электрическом разряде (см. Фториды азота ). Древесный уголь при взаимодействии с Ф. воспламеняется при обычной температуре; графит реагирует с ним при сильном нагревании, при этом возможно образование твёрдого фтористого графита (CF)x или газообразных перфторуглеродов CF4, C2F6 и др. С бором, кремнием, фосфором, мышьяком Ф. взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды. Ф. энергично соединяется с большинством металлов; щелочные и щёлочноземельные металлы воспламеняются в атмосфере Ф. на холоду, Bi, Sn, Ti, Mo, W - при незначительном нагревании, Hg, Pb, U, V реагируют с Ф. при комнатной температуре, Pt - при температуре темно-красного каления. При взаимодействии металлов с Ф. образуются, как правило, высшие фториды, например UF6, MoF6, HgF2. Некоторые металлы (Fe, Cu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с Ф. с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции.

При взаимодействии Ф. с окислами металлов на холоду образуются фториды металлов и кислород; возможно также образование оксифторидов металлов (например, MoO2F2). Окислы неметаллов либо присоединяют Ф., например SO2 + F2 SO2F2, либо кислород в них замещается на Ф., например SiO2 + 2F2 SiF4 + O2. Стекло очень медленно реагирует с Ф.; в присутствии воды реакция идёт быстро. Вода взаимодействует с Ф.: 2H2O + 2F2 4HF + O2; при этом образуется также OF2 и перекись водорода H2O2. Окислы азота NO и NO2 легко присоединяют Ф. с образованием соответственно фтористого нитрозила FNO и фтористого нитрила FNO2. Окись углерода присоединяет Ф. при нагревании с образованием фтористого карбонила: CO + F2 COF2.

Гидроокиси металлов реагируют с Ф., образуя фторид металла и кислород, например 2Ba(OH)2 + 2F2 2BaF2 + 2H2O + O2. Водные растворы NaOH и KOH реагируют с Ф. при 0|С с образованием OF2.

Галогениды металлов или неметаллов взаимодействуют с Ф. на холоду, причём Ф. замещает все галогены, Легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с Ф. на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N2 и HF. Ф. замещает водород в кислотах или металлы в их солях, например HNO3 (или NaNO3) + F2 - FNO3 + HF (или NaF); в более жёстких условиях Ф. вытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид, например Na2SO4 + 2F2 2NaF + SO2F2 + O2. Карбонаты щелочных и щёлочноземельных металлов реагируют с Ф. при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, CO2 и O2.

Ф. энергично реагирует с органическими веществами (см. Фторорганические соединения ).

Получение. Источником для производства Ф. служит фтористый водород, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H2SO4 на флюорит CaF2, либо при переработке апатитов и фосфоритов. Производство Ф. осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KFT(1,8-2,0)HF, который образуется при насыщении расплава KFTHF фтористым водородом до содержания 40-41% HF. Материалом для электролизёра обычно служит сталь; электроды - угольный анод и стальной катод. Электролиз ведётся при 95-100|С и напряжении 9-11 в ; выход Ф. по току достигает 90-95%. Получающийся Ф. содержит до 5% HF, который удаляется вымораживанием с последующим поглощением фторидом натрия. Ф. хранят в газообразном состоянии (под давлением) и в жидком виде (при охлаждении жидким азотом) в аппаратах из никеля и сплавов на его основе ( монель-металл ), из меди, алюминия и его сплавов, латуни, нержавеющей стали.

Применение. Газообразный Ф. служит для фторирования UF4, в UF6, применяемого для изотопов разделения урана, а также для получения трёхфтористого хлора ClF3 (фторирующий агент), шестифтористой серы SF6 (газообразный изолятор в электротехнической промышленности), фторидов металлов (например, W и V). Жидкий Ф. - окислитель ракетных топлив.

Широкое применение получили многочисленные соединения Ф. - фтористый водород , алюминия фторид , кремнефториды , фторсульфоновая кислота (растворитель, катализатор, реагент для получения органических соединений, содержащих группу - SO2F), BF3 (катализатор), фторорганические соединения и др.

Техника безопасности. Ф. токсичен, предельно допустимая концентрация его в воздухе примерно 2T10-4 мг/л , а предельно допустимая концентрация при экспозиции не более 1 ч составляет 1,5T10-3 мг/л .

А. В. Панкратов.

Фтор в организме. Ф. постоянно входит в состав животных и растительных тканей; микроэлемент. В виде неорганических соединений содержится главным образом в костях животных и человека - 100-300 мг/кг ; особенно много Ф. в зубах. Кости морских животных богаче Ф. по сравнению с костями наземных. Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание Ф. в которой 1-1,5 мг/л . При недостатке Ф. у человека развивается кариес зубов , при повышенном поступлении - флюороз . Высокие концентрации ионов Ф. опасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом отношении элементов (Р, Ca, Mg и др.), нарушающему их баланс в организме. Органические производные Ф. обнаружены только в некоторых растениях (например, в южноафриканском Dichapetalum cymosum). Основные из них - производные фторуксусной кислоты, токсичные как для др. растений, так и для животных. Биологическая роль Ф. изучена недостаточно. Установлена связь обмена Ф. с образованием костной ткани скелета и особенно зубов. Необходимость Ф. для растений не доказана.

В. Р. Полищук.

Отравления Ф. возможны у работающих в химической промышленности, при синтезе фторсодержащих соединений и производстве фосфорных удобрений. Ф. раздражает дыхательные пути, вызывает ожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочек гортани и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения; в тяжёлых случаях - отёк лёгких, поражение центрльной нервной системы и др.; при хроническом - конъюнктивит, бронхит, пневмония, пневмосклероз, флюороз. Характерно поражение кожи типа экземы. Первая помощь: промывание глаз водой, при ожогах кожи - орошение 70%-ным спиртом; при ингаляционном отравлении - вдыхание кислорода. Профилактика: соблюдение правил техники безопасности, ношение специальной одежды, регулярные медицинские осмотры, включение в пищевой рацион кальция, витаминов. Препараты, содержащие Ф., применяют в медицинской практике в качестве противоопухолевых (5-фторурацил, фторафур, фторбензотэф), нейролептических (трифлуперидол, или триседил, фторфеназин, трифтазин и др.), антидепрессивных (фторацизин), наркотических (фторотан) и др. средств.

Лит.: Рысс И. Г., Химия фтора и его неорганических соединений, М., 1956; Фтор и его соединения, пер. с англ., т. 1-2, М., 1953-56; Профессиональные болезни, 3 изд., М., 1973.

Большая советская энциклопедия, БСЭ. 2012