Il fluoro è un elemento chimico (simbolo F, numero atomico 9), un non metallo che appartiene al gruppo degli alogeni. È la sostanza più attiva ed elettronegativa. A temperatura e pressione normali, la molecola di fluoro è un gas velenoso di colore giallo pallido con la formula F2. Come altri alogenuri, il fluoro molecolare è molto pericoloso e provoca gravi ustioni chimiche a contatto con la pelle.
Usa
Il fluoro ei suoi composti sono ampiamente utilizzati, anche per la produzione di prodotti farmaceutici, agrochimici, combustibili e lubrificanti e tessili. L'acido fluoridrico viene utilizzato per incidere il vetro, mentre il plasma di fluoro viene utilizzato per produrre semiconduttori e altri materiali. Basse concentrazioni di ioni F nel dentifricio e nell'acqua potabile possono aiutare a prevenire la carie dentale, mentre concentrazioni più elevate si trovano in alcuni insetticidi. Molti anestetici generali sono derivati di idrofluorocarburi. L'isotopo 18F è una fonte di positroni per ottenere cure medichetomografia a emissione di positroni e l'esafluoruro di uranio viene utilizzato per separare gli isotopi dell'uranio e produrre uranio arricchito per le centrali nucleari.
Cronologia delle scoperte
I minerali contenenti composti del fluoro erano noti molti anni prima dell'isolamento di questo elemento chimico. Ad esempio, il minerale fluorite (o fluorite), costituito da fluoruro di calcio, fu descritto nel 1530 da Giorgio Agricola. Ha notato che potrebbe essere usato come flusso, una sostanza che aiuta ad abbassare il punto di fusione di un metallo o minerale e aiuta a purificare il metallo desiderato. Pertanto, il fluoro ha preso il nome latino dalla parola fluere ("scorrere").
Nel 1670, il soffiatore di vetro Heinrich Schwanhard scoprì che il vetro era inciso dall'azione del fluoruro di calcio (fluoruro) trattato con acido. Carl Scheele e molti ricercatori successivi, tra cui Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, hanno sperimentato l'acido fluoridrico (HF), che è stato facilmente ottenuto trattando CaF con acido solforico concentrato.
Alla fine, è diventato chiaro che l'HF conteneva un elemento precedentemente sconosciuto. Tuttavia, a causa della sua eccessiva reattività, questa sostanza non ha potuto essere isolata per molti anni. Non solo è difficile da separare dai composti, ma reagisce immediatamente con i loro altri componenti. L'isolamento del fluoro elementare dall'acido fluoridrico è estremamente pericoloso e i primi tentativi hanno accecato e ucciso diversi scienziati. Queste persone divennero note come i martirifluoro.”
Scoperta e produzione
Finalmente, nel 1886, il chimico francese Henri Moissan riuscì a isolare il fluoro mediante l'elettrolisi di una miscela di fluoruri di potassio fusi e acido fluoridrico. Per questo fu insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1906. Il suo approccio elettrolitico continua ad essere utilizzato oggi per la produzione industriale di questo elemento chimico.
La prima produzione su larga scala di fluoro iniziò durante la seconda guerra mondiale. Era necessario per una delle fasi della creazione di una bomba atomica nell'ambito del Progetto Manhattan. Il fluoro è stato utilizzato per produrre esafluoruro di uranio (UF6), che a sua volta è stato utilizzato per separare i due isotopi 235U el'uno dall' altro 238U. Oggi, per produrre uranio arricchito per l'energia nucleare è necessario UF6 gassoso.
Le proprietà più importanti del fluoro
Nella tavola periodica, l'elemento è in cima al gruppo 17 (ex gruppo 7A), che è chiamato alogeno. Altri alogeni includono cloro, bromo, iodio e astato. Inoltre, F è nel secondo periodo tra ossigeno e neon.
Il fluoro puro è un gas corrosivo (formula chimica F2) con un caratteristico odore pungente che si trova ad una concentrazione di 20 nl per litro di volume. Essendo il più reattivo ed elettronegativo di tutti gli elementi, forma facilmente composti con la maggior parte di essi. Il fluoro è troppo reattivo per esistere in forma elementare e lo possiedeaffinità con la maggior parte dei materiali, compreso il silicio, che non può essere preparato o conservato in contenitori di vetro. Nell'aria umida, reagisce con l'acqua per formare l' altrettanto pericoloso acido fluoridrico.
Il fluoro, interagendo con l'idrogeno, esplode anche a basse temperature e al buio. Reagisce violentemente con l'acqua formando acido fluoridrico e ossigeno gassoso. Vari materiali, inclusi metalli e vetri finemente dispersi, bruciano con una fiamma brillante in un getto di fluoro gassoso. Inoltre, questo elemento chimico forma composti con i gas nobili krypton, xeno e radon. Tuttavia, non reagisce direttamente con azoto e ossigeno.
Nonostante l'attività estrema del fluoro, sono ora disponibili metodi per la sua manipolazione e il trasporto in sicurezza. L'elemento può essere conservato in contenitori di acciaio o monel (lega ricca di nichel), poiché sulla superficie di questi materiali si formano fluoruri che impediscono ulteriori reazioni.
I fluoruri sono sostanze in cui il fluoro è presente come ione caricato negativamente (F-) in combinazione con alcuni elementi caricati positivamente. I composti del fluoro con metalli sono tra i sali più stabili. Quando disciolti in acqua, sono divisi in ioni. Altre forme di fluoro sono i complessi, ad esempio [FeF4]- e H2F+.
Isotopi
Ci sono molti isotopi di questo alogeno, che vanno da 14F a 31F. Ma la composizione isotopica del fluoro ne include solo uno,19F, che contiene 10 neutroni, poiché è l'unico stabile. L'isotopo radioattivo 18F è una preziosa fonte di positroni.
Impatto biologico
Il fluoro nel corpo si trova principalmente nelle ossa e nei denti sotto forma di ioni. La fluorizzazione dell'acqua potabile a una concentrazione inferiore a una parte per milione riduce significativamente l'incidenza della carie, secondo il National Research Council della National Academy of Sciences degli Stati Uniti. D' altra parte, un accumulo eccessivo di fluoro può portare alla fluorosi, che si manifesta nei denti chiazzati. Questo effetto si osserva solitamente nelle aree in cui il contenuto di questo elemento chimico nell'acqua potabile supera una concentrazione di 10 ppm.
Il fluoro elementare ei sali di fluoruro sono tossici e devono essere maneggiati con grande cura. Il contatto con la pelle o gli occhi deve essere accuratamente evitato. La reazione con la pelle produce acido fluoridrico, che penetra rapidamente nei tessuti e reagisce con il calcio nelle ossa, danneggiandole permanentemente.
Fluoro ambientale
La produzione mondiale annuale del minerale fluorite è di circa 4 milioni di tonnellate e la capacità totale dei giacimenti esplorati è di 120 milioni di tonnellate. Le principali aree minerarie per questo minerale sono il Messico, la Cina e l'Europa occidentale.
Il fluoro si trova naturalmente nella crosta terrestre, dove si trova nelle rocce, nel carbone e nell'argilla. I fluoruri vengono rilasciati nell'aria dall'erosione eolica dei suoli. Il fluoro è il 13° elemento chimico più abbondante nella crosta terrestre: il suo contenutoequivale a 950 ppm. Nei suoli, la sua concentrazione media è di circa 330 ppm. L'acido fluoridrico può essere rilasciato nell'aria a seguito di processi di combustione industriale. I fluoruri presenti nell'aria finiscono per cadere a terra o nell'acqua. Quando il fluoro si lega a particelle molto piccole, può rimanere nell'aria per lunghi periodi di tempo.
Nell'atmosfera, 0,6 miliardesimi di questo elemento chimico sono presenti sotto forma di nebbia salina e composti organici del cloro. Nelle aree urbane, la concentrazione raggiunge le 50 parti per miliardo.
Connessioni
Il fluoro è un elemento chimico che forma un'ampia gamma di composti organici e inorganici. I chimici possono sostituire gli atomi di idrogeno con esso, creando così molte nuove sostanze. L'alogeno altamente reattivo forma composti con gas nobili. Nel 1962, Neil Bartlett sintetizzò l'esafluoroplatinato di xeno (XePtF6). Sono stati ottenuti anche fluoruri di krypton e radon. Un altro composto è il fluoroidruro di argon, che è stabile solo a temperature estremamente basse.
Applicazioni industriali
Nel suo stato atomico e molecolare, il fluoro viene utilizzato per l'incisione al plasma nella produzione di semiconduttori, schermi piatti e sistemi microelettromeccanici. L'acido fluoridrico viene utilizzato per incidere il vetro nelle lampade e in altri prodotti.
Insieme ad alcuni dei suoi composti, il fluoro è un componente importante nella produzione di prodotti farmaceutici, agrochimici, combustibili e lubrificantimateriali e tessili. L'elemento chimico è necessario per produrre alcani alogenati (halon), che, a loro volta, erano ampiamente utilizzati negli impianti di condizionamento e refrigerazione. Successivamente, tale uso di clorofluorocarburi è stato vietato perché contribuiscono alla distruzione dello strato di ozono nell' alta atmosfera.
L'esafluoruro di zolfo è un gas estremamente inerte e non tossico, classificato come gas serra. Senza fluoro, la produzione di materie plastiche a basso attrito come il teflon non è possibile. Molti anestetici (ad es. sevoflurano, desflurano e isoflurano) sono derivati del CFC. L'esafluoroalluminato di sodio (criolite) viene utilizzato nell'elettrolisi dell'alluminio.
I composti di fluoro, incluso NaF, sono usati nei dentifrici per prevenire la carie. Queste sostanze vengono aggiunte alle forniture idriche municipali per fornire fluorizzazione dell'acqua, tuttavia la pratica è considerata controversa a causa dell'impatto sulla salute umana. A concentrazioni più elevate, NaF viene utilizzato come insetticida, soprattutto per il controllo degli scarafaggi.
In passato, i fluoruri venivano usati per abbassare il punto di fusione di metalli e minerali e aumentarne la fluidità. Il fluoro è un componente importante nella produzione dell'esafluoruro di uranio, che viene utilizzato per separare i suoi isotopi. 18F, un isotopo radioattivo con un'emivita di 110 minuti, emette positroni ed è spesso utilizzato nella tomografia a emissione di positroni medica.
Proprietà fisiche del fluoro
Caratteristiche di baseelemento chimico come segue:
- Massa atomica 18.9984032 g/mol.
- Configurazione elettronica 1s22s22p5.
- Stato di ossidazione -1.
- Densità 1,7 g/L.
- Punto di fusione 53.53 K.
- Punto di ebollizione 85.03 K.
- Capacità termica 31,34 J/(K mol).
