Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF2 - описано в конце XV века под названием "флюор" (от fluere - "течь", по свойству этого соединения понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава). В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту. Как один из элементов плавиковой кислоты, элемент фтор был предсказан в 1810 году, а выделен в свободном виде лишь 76 лет спустя Анри Муассаном в 1886 году электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF2. Название "фтор" (от греч. fqoroz - разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского "Fluor".
Нахождение в природе, получение:
Фтор является "чистым элементом", то есть в природе содержится только изотоп фтора 19F. Известны 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31. Самым долгоживущим из них является 18F с периодом полураспада 109,8 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии. В лабораторных условиях фтор можно получать с электролиза. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза, газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из фторида кальция со смазкой из оксида свинца(II) и глицерина. В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия открытия фтора, Карл Кристе открыл чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K2MnF6 и SbF5 при 150 °C: K2MnF6 + 2SbF5 = 2KSbF6 + MnF3 + F2 Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен. Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·3HF (часто с добавлениями фторида лития) при температуре около 100°С в стальных электролизёрах со стальным катодом и угольным анодом.
Физические свойства:
Слабо светло-оранжевый газ, в малых концентрациях запах напоминает одновременно озон и хлор, очень агрессивен и ядовит. Сжижается при 88 К, при 55 К переходит в твердое состояние с молекулярной кристаллической решёткой, которая может находиться в нескольких модификациях. Структура a-фтора (стабильная при атмосферном давлении) является моноклинной гранецентрированной.
Химические свойства:
Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами (редкие исключения - фторопласты), и с большинством из них - с горением и взрывом. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до -252°C). Фтор также окислять кислород образуя фторид кислорода OF2. С азотом фтор реагирует лишь в электрическом разряде, с платиной - при температуре красного каления. Некоторые металлы (Fe, Сu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с фтором с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции. Фтор взаимодействует со многими сложными веществами. Он замещает все галогены в галогенидах, легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах или металлы в их солях: НNО3(или NaNO3) + F2 => FNO3 + HF (или NaF); Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с фтором при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, СО2 и О2. В атмосфере фтора горит даже вода: 2F2 + 2H2O = 4HF + O2. Фтор энергично реагирует с органическими веществами.
Важнейшие соединения:
Фторид кислорода, OF2 ??? ... ... Фтороводород - бесцветный газ с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C - бесцветная подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей. Фториды ??? ... ... Гексафторид серы, SF6 (элегаз) - тяжелый газ, практически бесцветный, обладает высокими электроизолирующими свойствами, высоким напряжением пробоя, при этом практически инертен.
Применение:
Газообразный фтор используется для получения: - гексафторида урана UF6 из UF4, применяемого для разделения изотопов урана для ядерной промышленности, - трёхфтористого хлора ClF3 - фторирующий агент и мощный окислитель ракетного топлива, - шестифтористой серы SF6 - газообразный изолятор в электротехнической промышленности, - фреонов - хороших хладагентов, - тефлонов - химически инертных полимеров, - гексафтороалюмината натрия - для последующего получения алюминия электролизом и т.д.
Задача 1. Дано: V(C2H2) = 5 л. Найти: V(CO2) - ? Решение: 1) Сначала нужно записать уравнение реакции: 2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O 2) Теперь нужно найти количество вещества ацетилена (C2H2), то есть количество его моль: Общая формула n = V / Vm; n(C2H2) = 5 л / 22,4 л/моль = 0,22 моль. 3) Из уравнения реакции видно, что количество вещества углекислого газа (CO2) в два раза больше, чем количество вещества ацетилена (C2H2), так как соотношение коэффициентов молекул 2 : 4, а это значит, что n(CO2) = 0,22 моль * 2 = 0,44 моль. 4) Теперь нужно найти объем углекислого газа (CO2): Общая формула n = V / Vm; V = n * Vm; V(CO2) = 0,44 моль * 22,4 л/моль = 9,856 л. ответ: V(CO2) = 9,856 л. Задача 2. Дано: V(C2H5OH) = 2 л. Найти: m(H2O) - ? Решение: 1) Сначала нужно записать уравнение реакции: 2C2H5OH + 7O2 = 4CO2 + 6H2O 2) Теперь нужно найти количество вещества этанола (C2H5OH), то есть количество его моль: Общая формула n = V / Vm; n(C2H5OH) = 2 л / 22,4 л/моль = 0,09 моль. 3) Из уравнения реакции видно, что количество вещества воды (H2O) в три раза больше, чем количество вещества этанола (C2H5OH), так как соотношение коэффициентов молекул 2 : 6, а это значит, что n(H2O) = 0,09 моль * 3 = 0,27 моль. 4) Теперь нужно найти объем воды (H2O): Общая формула n = m / M; m = n * M M(H2O) = 1 * 2 + 16 * 1 = 18 г/моль; m(H2O) = 0,27 моль * 18 г/моль = 4,86 г. ответ: m(H2O) = 4,86 г.
Первое соединение фтора - флюорит (плавиковый шпат) CaF2 - описано в конце XV века под названием "флюор" (от fluere - "течь", по свойству этого соединения понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава). В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту. Как один из элементов плавиковой кислоты, элемент фтор был предсказан в 1810 году, а выделен в свободном виде лишь 76 лет спустя Анри Муассаном в 1886 году электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF2.
Нахождение в природе, получение:Название "фтор" (от греч. fqoroz - разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского "Fluor".
Фтор является "чистым элементом", то есть в природе содержится только изотоп фтора 19F. Известны 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31. Самым долгоживущим из них является 18F с периодом полураспада 109,8 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.
Физические свойства:В лабораторных условиях фтор можно получать с электролиза. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза, газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из фторида кальция со смазкой из оксида свинца(II) и глицерина. В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия открытия фтора, Карл Кристе открыл чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K2MnF6 и SbF5 при 150 °C:
K2MnF6 + 2SbF5 = 2KSbF6 + MnF3 + F2
Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен.
Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·3HF (часто с добавлениями фторида лития) при температуре около 100°С в стальных электролизёрах со стальным катодом и угольным анодом.
Слабо светло-оранжевый газ, в малых концентрациях запах напоминает одновременно озон и хлор, очень агрессивен и ядовит. Сжижается при 88 К, при 55 К переходит в твердое состояние с молекулярной кристаллической решёткой, которая может находиться в нескольких модификациях. Структура a-фтора (стабильная при атмосферном давлении) является моноклинной гранецентрированной.
Химические свойства:Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами (редкие исключения - фторопласты), и с большинством из них - с горением и взрывом. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до -252°C). Фтор также окислять кислород образуя фторид кислорода OF2.
Важнейшие соединения:С азотом фтор реагирует лишь в электрическом разряде, с платиной - при температуре красного каления. Некоторые металлы (Fe, Сu, Al, Ni, Mg, Zn) реагируют с фтором с образованием защитной плёнки фторидов, препятствующей дальнейшей реакции.
Фтор взаимодействует со многими сложными веществами. Он замещает все галогены в галогенидах, легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах или металлы в их солях:
НNО3(или NaNO3) + F2 => FNO3 + HF (или NaF);
Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с фтором при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, СО2 и О2.
В атмосфере фтора горит даже вода: 2F2 + 2H2O = 4HF + O2.
Фтор энергично реагирует с органическими веществами.
Фторид кислорода, OF2 ??? ...
Применение:...
Фтороводород - бесцветный газ с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C - бесцветная подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей.
Фториды ??? ...
...
Гексафторид серы, SF6 (элегаз) - тяжелый газ, практически бесцветный, обладает высокими электроизолирующими свойствами, высоким напряжением пробоя, при этом практически инертен.
Газообразный фтор используется для получения:
- гексафторида урана UF6 из UF4, применяемого для разделения изотопов урана для ядерной промышленности,
- трёхфтористого хлора ClF3 - фторирующий агент и мощный окислитель ракетного топлива,
- шестифтористой серы SF6 - газообразный изолятор в электротехнической промышленности,
- фреонов - хороших хладагентов,
- тефлонов - химически инертных полимеров,
- гексафтороалюмината натрия - для последующего получения алюминия электролизом и т.д.
Дано: V(C2H2) = 5 л.
Найти: V(CO2) - ?
Решение:
1) Сначала нужно записать уравнение реакции:
2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O
2) Теперь нужно найти количество вещества ацетилена (C2H2), то есть количество его моль:
Общая формула n = V / Vm;
n(C2H2) = 5 л / 22,4 л/моль = 0,22 моль.
3) Из уравнения реакции видно, что количество вещества углекислого газа (CO2) в два раза больше, чем количество вещества ацетилена (C2H2), так как соотношение коэффициентов молекул 2 : 4, а это значит, что n(CO2) = 0,22 моль * 2 = 0,44 моль.
4) Теперь нужно найти объем углекислого газа (CO2):
Общая формула n = V / Vm;
V = n * Vm;
V(CO2) = 0,44 моль * 22,4 л/моль = 9,856 л.
ответ: V(CO2) = 9,856 л.
Задача 2.
Дано: V(C2H5OH) = 2 л.
Найти: m(H2O) - ?
Решение:
1) Сначала нужно записать уравнение реакции:
2C2H5OH + 7O2 = 4CO2 + 6H2O
2) Теперь нужно найти количество вещества этанола (C2H5OH), то есть количество его моль:
Общая формула n = V / Vm;
n(C2H5OH) = 2 л / 22,4 л/моль = 0,09 моль.
3) Из уравнения реакции видно, что количество вещества воды (H2O) в три раза больше, чем количество вещества этанола (C2H5OH), так как соотношение коэффициентов молекул 2 : 6, а это значит, что n(H2O) = 0,09 моль * 3 = 0,27 моль.
4) Теперь нужно найти объем воды (H2O):
Общая формула n = m / M;
m = n * M
M(H2O) = 1 * 2 + 16 * 1 = 18 г/моль;
m(H2O) = 0,27 моль * 18 г/моль = 4,86 г.
ответ: m(H2O) = 4,86 г.