Flo là một nguyên tố hóa học (ký hiệu F, số hiệu nguyên tử 9), một phi kim loại thuộc nhóm halogen. Nó là chất hoạt động và có độ âm điện mạnh nhất. Ở nhiệt độ và áp suất thường, phân tử flo là chất khí độc màu vàng nhạt có công thức F2. Giống như các halogen khác, flo phân tử rất nguy hiểm và gây bỏng hóa chất nghiêm trọng khi tiếp xúc với da.
Sử dụng
Flo và các hợp chất của nó được sử dụng rộng rãi, bao gồm sản xuất dược phẩm, hóa chất nông nghiệp, nhiên liệu và chất bôi trơn và hàng dệt may. Axit flohydric được sử dụng để khắc thủy tinh, trong khi plasma flo được sử dụng để sản xuất chất bán dẫn và các vật liệu khác. Nồng độ thấp của ion F trong kem đánh răng và nước uống có thể giúp ngăn ngừa sâu răng, trong khi nồng độ cao hơn được tìm thấy trong một số loại thuốc diệt côn trùng. Nhiều loại thuốc gây mê nói chung là dẫn xuất hydrofluorocarbon. Đồng vị18F là nguồn cung cấp positron để thu đượcChụp ảnh cắt lớp phát xạ positron và uranium hexafluoride được sử dụng để tách các đồng vị uranium và sản xuất uranium làm giàu cho các nhà máy điện hạt nhân.
Lịch sử khám phá
Khoáng chất có chứa hợp chất flo đã được biết đến nhiều năm trước khi phân lập được nguyên tố hóa học này. Ví dụ, khoáng chất florit (hay fluorit), bao gồm canxi florua, được George Agricola mô tả vào năm 1530. Ông nhận thấy rằng nó có thể được sử dụng như một chất trợ dung, một chất giúp hạ nhiệt độ nóng chảy của kim loại hoặc quặng và giúp tinh chế kim loại mong muốn. Do đó, flo có tên Latinh từ từ fluere (“chảy”).
Năm 1670, người thổi thủy tinh Heinrich Schwanhard phát hiện ra rằng thủy tinh được khắc bằng tác dụng của canxi florua (florit) được xử lý bằng axit. Carl Scheele và nhiều nhà nghiên cứu sau này, bao gồm Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, đã thử nghiệm với axit flohydric (HF), dễ dàng thu được bằng cách xử lý CaF với axit sulfuric đậm đặc.
Cuối cùng, rõ ràng là HF chứa một phần tử chưa được biết trước đó. Tuy nhiên, do khả năng phản ứng quá mạnh, chất này không thể phân lập được trong nhiều năm. Nó không chỉ khó tách khỏi các hợp chất mà ngay lập tức phản ứng với các thành phần khác của chúng. Việc phân lập nguyên tố flo từ axit flohiđric là cực kỳ nguy hiểm, và những nỗ lực ban đầu đã làm mù mắt và giết chết một số nhà khoa học. Những người này được gọi là những người tử vì đạoflo.”
Khám phá và sản xuất
Cuối cùng, vào năm 1886, nhà hóa học người Pháp Henri Moissan đã phân lập được flo bằng cách điện phân hỗn hợp kali florua nóng chảy và axit flohydric. Vì điều này, ông đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1906. Phương pháp điện phân của ông tiếp tục được sử dụng ngày nay để sản xuất công nghiệp nguyên tố hóa học này.
Việc sản xuất flo quy mô lớn đầu tiên bắt đầu trong Thế chiến II. Nó được yêu cầu cho một trong những giai đoạn tạo ra bom nguyên tử như một phần của Dự án Manhattan. Flo được sử dụng để sản xuất uranium hexafluoride (UF6), lần lượt được sử dụng để tách hai đồng vị235U và ra khỏi nhau 238Ư. Ngày nay, UF thể khí6là cần thiết để sản xuất uranium làm giàu cho năng lượng hạt nhân.
Các tính chất quan trọng nhất của flo
Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố đứng đầu nhóm 17 (trước đây là nhóm 7A), được gọi là halogen. Các halogen khác bao gồm clo, brom, iốt và astatine. Ngoài ra, F nằm trong chu kỳ thứ hai giữa oxy và neon.
Flo tinh khiết là một chất khí ăn mòn (công thức hóa học F2) có mùi hăng đặc trưng được tìm thấy ở nồng độ 20 nl trên một lít thể tích. Là nguyên tố có độ phản ứng và độ âm điện cao nhất trong tất cả các nguyên tố, nó dễ dàng tạo hợp chất với hầu hết chúng. Flo quá phản ứng để tồn tại ở dạng nguyên tố và cóái lực với hầu hết các vật liệu, bao gồm cả silicon, mà nó không thể được điều chế hoặc bảo quản trong hộp thủy tinh. Trong không khí ẩm, nó phản ứng với nước tạo thành axit flohydric nguy hiểm không kém.
Flo, tương tác với hydro, phát nổ ngay cả ở nhiệt độ thấp và trong bóng tối. Nó phản ứng dữ dội với nước để tạo thành axit flohydric và khí oxy. Các vật liệu khác nhau, bao gồm cả kim loại và thủy tinh phân tán mịn, cháy với ngọn lửa sáng trong một luồng khí flo. Ngoài ra, nguyên tố hóa học này tạo hợp chất với các khí cao krypton, xenon và radon. Tuy nhiên, nó không phản ứng trực tiếp với nitơ và oxy.
Bất chấp hoạt tính cực mạnh của flo, các phương pháp xử lý và vận chuyển an toàn hiện nay đã có sẵn. Nguyên tố này có thể được bảo quản trong các thùng chứa bằng thép hoặc monel (hợp kim giàu niken), vì fluor hình thành trên bề mặt của những vật liệu này, ngăn cản phản ứng tiếp tục.
Flo là những chất trong đó flo ở dạng ion mang điện tích âm (F-) kết hợp với một số nguyên tố mang điện tích dương. Hợp chất của flo với kim loại là một trong những loại muối bền nhất. Khi hòa tan trong nước, chúng bị phân chia thành các ion. Các dạng khác của flo là phức, ví dụ, [FeF4]-, và H2F +.
Đồng vị
Có nhiều đồng vị của halogen này, từ14F đến31F. Nhưng thành phần đồng vị của flo chỉ bao gồm một trong số chúng, 19F, chứa 10 nơtron, vì nó là nơtron duy nhất ổn định. Đồng vị phóng xạ18F là nguồn positron có giá trị.
Tác động sinh học
Flo trong cơ thể chủ yếu được tìm thấy trong xương và răng dưới dạng ion. Theo Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, việc tích tụ nước uống ở nồng độ dưới một phần triệu làm giảm đáng kể tỷ lệ mắc bệnh sâu răng - theo Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ. Mặt khác, sự tích tụ quá nhiều fluor có thể dẫn đến tình trạng nhiễm fluor, biểu hiện ở răng có đốm. Hiệu ứng này thường được quan sát thấy ở những nơi mà hàm lượng của nguyên tố hóa học này trong nước uống vượt quá nồng độ 10 ppm.
Nguyên tố flo và muối florua rất độc và cần được xử lý hết sức cẩn thận. Cần cẩn thận tránh tiếp xúc với da hoặc mắt. Phản ứng với da tạo ra axit flohydric, axit này nhanh chóng thâm nhập vào các mô và phản ứng với canxi trong xương, gây tổn hại vĩnh viễn cho chúng.
Flo môi trường
Sản lượng khoáng sản fluorit hàng năm trên thế giới là khoảng 4 triệu tấn, và tổng công suất của các mỏ đã thăm dò là 120 triệu tấn. Các khu vực khai thác chính của khoáng sản này là Mexico, Trung Quốc và Tây Âu.
Flo xuất hiện tự nhiên trong vỏ trái đất, nơi nó có thể được tìm thấy trong đá, than và đất sét. Florua được giải phóng vào không khí do gió làm xói mòn đất. Flo là nguyên tố hóa học phong phú thứ 13 trong vỏ trái đất - hàm lượng của nóbằng 950 ppm. Trong đất, nồng độ trung bình của nó là khoảng 330 ppm. Hydro florua có thể được thải vào không khí do kết quả của quá trình đốt cháy trong công nghiệp. Các florua có trong không khí sẽ rơi xuống đất hoặc xuống nước. Khi flo liên kết với các hạt rất nhỏ, nó có thể tồn tại trong không khí trong thời gian dài.
Trong khí quyển, 0,6 phần tỷ nguyên tố hóa học này tồn tại ở dạng sương muối và các hợp chất clo hữu cơ. Ở khu vực thành thị, nồng độ đạt 50 phần tỷ.
Kết nối
Flo là một nguyên tố hóa học tạo thành một loạt các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Các nhà hóa học có thể thay thế các nguyên tử hydro bằng nó, từ đó tạo ra nhiều chất mới. Halogen phản ứng mạnh tạo hợp chất với khí cao. Năm 1962, Neil Bartlett tổng hợp xenon hexafluoroplatinate (XePtF6). Krypton và radon florua cũng đã được thu được. Một hợp chất khác là argon fluorohydride, chỉ bền ở nhiệt độ cực thấp.
Ứng dụng công nghiệp
Ở trạng thái nguyên tử và phân tử, flo được sử dụng để khắc plasma trong sản xuất chất bán dẫn, màn hình phẳng và hệ thống vi cơ điện tử. Axit flohydric được sử dụng để khắc thủy tinh trong đèn và các sản phẩm khác.
Cùng với một số hợp chất của nó, flo là một thành phần quan trọng trong sản xuất dược phẩm, hóa chất nông nghiệp, nhiên liệu và chất bôi trơnvật liệu và hàng dệt may. Nguyên tố hóa học cần thiết để sản xuất ankan halogen (halogen), do đó, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều hòa không khí và làm lạnh. Sau đó, việc sử dụng chlorofluorocarbon như vậy đã bị cấm vì chúng góp phần phá hủy tầng ôzôn trong bầu khí quyển trên.
Lưu huỳnh hexafluoride là một loại khí cực kỳ trơ, không độc hại, được phân loại là khí nhà kính. Không có flo, không thể sản xuất nhựa ma sát thấp như Teflon. Nhiều loại thuốc gây mê (ví dụ như sevoflurane, desflurane và isoflurane) là dẫn xuất của CFC. Natri hexafluoroaluminate (cryolit) được sử dụng trong điện phân nhôm.
Hợp chất florua, bao gồm NaF, được sử dụng trong kem đánh răng để ngăn ngừa sâu răng. Những chất này được thêm vào nguồn cung cấp nước thành phố để cung cấp fluor hóa nước, tuy nhiên việc thực hành này được coi là gây tranh cãi do ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ở nồng độ cao hơn, NaF được sử dụng như một chất diệt côn trùng, đặc biệt là để kiểm soát gián.
Trước đây, florua được sử dụng để hạ nhiệt độ nóng chảy của kim loại và quặng và tăng tính lưu động của chúng. Flo là một thành phần quan trọng trong sản xuất uranium hexafluoride, được sử dụng để tách các đồng vị của nó.18F, một đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã 110 phút, phát ra positron và thường được sử dụng trong chụp cắt lớp phát xạ positron trong y tế.
Tính chất vật lý của flo
Đặc điểm cơ bảnnguyên tố hóa học như sau:
- Khối lượng nguyên tử 18,9984032 g / mol.
- Cấu hình điện tử 1s22s22p5.
- Trạng thái oxy hóa -1.
- Mật độ 1,7 g / L.
- Điểm nóng chảy 53,53 K.
- Điểm sôi 85.03 K.
- Nhiệt dung 31,34 J / (K mol).
