Какие свойства имеет фтор

Фтор – химический элемент (символ F, атомный номер 9), неметалл, который относится к группе галогенов. Это самое активное и электроотрицательное вещество. При нормальной температуре и давлении молекула фтора является ядовитым газом бледно-желтого цвета с формулой F2. Как и другие галоиды, молекулярный фтор очень опасен и при контакте с кожей вызывает тяжелые химические ожоги.

Использование

Фтор и его соединения широко применяются, в т. ч. и для получения фармацевтических препаратов, агрохимикатов, горюче-смазочных материалов и текстиля. Плавиковая кислота используется для травления стекла, а плазма из фтора – для производства полупроводниковых и других материалов. Низкие концентрации ионов F в зубной пасте и питьевой воде могут помочь предотвратить кариес зубов, в то время как более высокие концентрации входят в состав некоторых инсектицидов. Многие общие анестетики представляют собой производные фторуглеводородов. Изотоп 18F является источником позитронов для получения медицинских изображений методом позитронно-эмиссионной томографии, а гексафторид урана используется для разделения изотопов урана и получения обогащенного урана для атомных электростанций.

История открытия

Минералы, содержащие соединения фтора, были известны за много лет до выделения этого химического элемента. Например, минерал плавиковый шпат (или флюорит), состоящий из фторида кальция, был описан в 1530 г. Георгием Агриколой. Он заметил, что его можно использовать в качестве флюса — вещества, которое помогает снизить температуру плавления металла или руды и помогает очистить нужный металл. Поэтому фтор название свое латинское название получил от слова fluere («течь»).

В 1670 году стеклодув Генрих Шванхард обнаружил, что стекло травится под действием фтористого кальция (плавикового шпата), обработанного кислотой. Карл Шееле и многие более поздние исследователи, в том числе Гемфри Дэви, Жозеф-Луи Гей-Люссак, Антуан Лавуазье, Луи Тенар, экспериментировали с плавиковой кислотой (HF), которую было несложно получить путем обработки CaF концентрированной серной кислотой.

В конце концов, стало понятно, что HF содержит ранее неизвестный элемент. Это вещество, однако, из-за его чрезмерной реактивности в течение многих лет выделить не удавалось. Его не только трудно отделить от соединений, но оно тут же вступает в реакцию с другими их компонентами. Выделение элементарного фтора из плавиковой кислоты чрезвычайно опасно, и ранние попытки ослепили и убили нескольких ученых. Эти люди стали известны как «мученики фтора».

Открытие и производство

Наконец, в 1886 году французскому химику Анри Муассану удалось выделить фтор путем электролиза смеси расплавленных фторидов калия и плавиковой кислоты. За это он был удостоен Нобелевской премии 1906 года в области химии. Его электролитический подход продолжает использоваться сегодня для промышленного получения данного химического элемента.

Первое масштабное производство фтора началось во время Второй мировой войны. Он требовался для одного из этапов создания атомной бомбы в рамках Манхэттенского проекта. Фтор использовался для получения гексафторида урана (UF6), который, в свою очередь, применялся для отделения друг от друга двух изотопов 235U и 238U. Сегодня газообразный UF6 необходим для получения обогащенного урана для ядерной энергетики.

Важнейшие свойства фтора

В периодической таблице элемент находится в верхней части 17 группы (бывшая группа 7А), которую называют галогенной. К другим галогенам относятся хлор, бром, йод и астат. Кроме того, F находится во втором периоде между кислородом и неоном.

Чистый фтор – это коррозионный газ (химическая формула F2) с характерным резким запахом, который обнаруживается в концентрации 20 нл на литр объема. Как наиболее реактивный и электроотрицательный из всех элементов, он легко образует соединения с большинством из них. Фтор слишком реактивный, чтобы существовать в элементарной форме и имеет такое сродство с большинством материалов, включая кремний, что его нельзя готовить или хранить в стеклянных емкостях. Во влажном воздухе он реагирует с водой, образуя не менее опасную плавиковую кислоту.

Фтор, взаимодействуя с водородом, взрывается даже при низкой температуре и в темноте. Он бурно реагирует с водой, образуя плавиковую кислоту и газообразный кислород. Различные материалы, в том числе мелкодисперсные металлы и стекла, в струе газообразного фтора горят ярким пламенем. Кроме того, данный химический элемент образует соединения с благородными газами криптоном, ксеноном и радоном. Однако непосредственно с азотом и кислородом он не реагирует.

Несмотря на крайнюю активность фтора, сегодня стали доступны методы его безопасной обработки и транспортировки. Элемент может храниться в емкостях из стали или монеля (богатого никелем сплава), так как на поверхности этих материалов образуются фториды, которые препятствуют дальнейшей реакции.

Фториды – это вещества, в которых фтор присутствует в виде отрицательно заряженного иона (F-) в сочетании с некоторыми положительно заряженными элементами. Соединения фтора с металлами являются одними из наиболее стабильных солей. При растворении в воде они делятся на ионы. Другими формами фтора являются комплексы, например, [FeF4]-, и H2F+.

Изотопы

Существует множество изотопов данного галогена, начиная от 14F и заканчивая 31F. Но изотопный состав фтора включает только один из них, 19F, который содержит 10 нейтронов, так как только он является стабильным. Радиоактивный изотоп 18F – ценный источник позитронов.

Биологическое воздействие

Фтор в организме в основном содержится в костях и зубах в виде ионов. Фторирование питьевой воды в концентрации менее одной части на миллион значительно снижает частоту кариеса — так считают в Национальном исследовательском совете Национальной академии наук США. С другой стороны, избыточное накопление фтора может привести к флюорозу, который проявляется в крапчатости зубов. Этот эффект обычно наблюдается в местностях, где содержание данного химического элемента в питьевой воде превышает концентрацию 10 промилле.

Элементарный фтор и фтористые соли токсичны и с ними следует обходиться с большой осторожностью. Контакта с кожей или глазами следует тщательно избегать. Реакция с кожным покровом производит фтористоводородную кислоту, которая быстро проникает через ткани и реагирует с кальцием в костях, повреждая их навсегда.

Фтор в окружающей среде

Ежегодная мировая добыча минерала флюорита составляет около 4 млн т, а общая мощность разведанных месторождений находится в пределах 120 млн т. Основными районами добычи этого минерала являются Мексика, Китай и Западная Европа.

В природе фтор встречается в земной коре, где его можно найти в горных породах, угле и глине. Фториды попадают в воздух при ветровой эрозии почв. Фтор является 13-м по распространенности химическим элементом в земной коре – его содержание равно 950 промилле. В почвах его средняя концентрация – примерно 330 промилле. Фтороводород может выделяться в воздух в результате процессов горения в промышленности. Фториды, которые находятся в воздухе, в конечном итоге выпадают на землю или в воду. Когда фтор образует связь с очень мелкими частицами, то может оставаться в воздухе в течение длительного периода времени.

В атмосфере 0,6 миллиардных долей данного химического элемента присутствуют в виде солевого тумана и органических соединений хлора. В городских условиях концентрация достигает 50 частей на миллиард.

Соединения

Фтор – это химический элемент, который образует широкий спектр органических и неорганических соединений. Химики могут заменить им атомы водорода, тем самым создавая множество новых веществ. Высокореактивный галоген образует соединения с благородными газами. В 1962 году Нил Бартлетт синтезировал гексафторплатинат ксенона (XePtF6). Фториды криптона и радона также были получены. Еще одним соединением является фторгидрид аргона, устойчивый лишь при экстремально низких температурах.

Промышленное применение

В атомарном и молекулярном состоянии фтор используется для плазменного травления в производстве полупроводников, плоских дисплеев и микроэлектромеханических систем. Плавиковая кислота применяется для травления стекла в лампах и других изделиях.

Наряду с некоторыми из его соединений, фтор – это важная составляющая производства фармацевтических препаратов, агрохимикатов, горюче-смазочных материалов и текстиля. Химический элемент необходим для получения галогенированных алканов (галоны), которые, в свою очередь, широко использовались в системах кондиционирования воздуха и охлаждения. Позже такое применение хлорфторуглеродов было запрещено, поскольку они способствуют разрушению озонового слоя в верхних слоях атмосферы.

Гексафторид серы – чрезвычайно инертный, нетоксичный газ, относящийся к веществам, вызывающим парниковый эффект. Без фтора невозможно производство пластмасс с низким коэффициентом трения, таких как тефлон. Многие анестетики (например, севофлуран, десфлуран и изофлуран) являются производными фторуглеводородов. Гексафторалюминат натрия (криолит) применяется в электролизе алюминия.

Соединения фтора, в том числе NaF, используются в зубных пастах для предотвращения кариеса. Эти вещества добавляются в системы муниципального водоснабжения для фторирования воды, однако из-за воздействия на здоровье человека эта практика считается спорной. При более высоких концентрациях NaF используются в качестве инсектицида, особенно для борьбы с тараканами.

В прошлом фториды применялись для снижения температуры плавления металлов и руд и повышения их текучести. Фтор – это важный компонент производства гексафторида урана, который применяется для разделения его изотопов. 18F, радиоактивный изотоп с периодом полураспада 110 минут, излучает позитроны и часто используется в медицинской позитронно-эмиссионной томографии.

Физические свойства фтора

Базовые характеристики химического элемента следующие:

• Атомная масса 18,9984032 г/моль.
• Электронная конфигурация 1s22s22p5.
• Степень окисления -1.
• Плотность 1,7 г/л.
• Температура плавления 53,53 К.
• Температура кипения 85,03 К.
• Теплоемкость 31,34 Дж/(К·моль).

Содержание статьи:

1. Свойства
2. Функции в организме человека
3. Польза
4. Вред
5. Суточная норма
6. Избыток
7. Хроническое отравление фтором
8. Недостаток
9. В каких продуктах содержится

Фтор с греческого означает «разрушение». Это не случайное название, так как данное вещество действительно может привести к инвалидности и даже смерти. Многие ученые погибли, стремясь получить чистый фтор, но выделить этот химический элемент удалось французским исследователям лишь в 19 веке. На сегодняшний день фтор хорошо изучен, определено положительное и отрицательное влияние этого вещества на человеческий организм.

Фтор (F) – это химический элемент, входящий в VII группу периодической системы и относящийся к галогенам. Фтор является двухатомным газом, который встречается в природе в виде фторидов, имеет желтоватый цвет или вовсе бесцветен.

От этого вещества в значительной степени зависит правильное функционирование человеческого организма. Важно избегать как его переизбытка, так и недостатка. Основной объем фтора, присутствующего в тканях тела, концентрируется в костной ткани, зубах, волосах и ногтях. Из чего следует сделать вывод, что фтор оказывает влияние не только на здоровье, но и на внешний вид человека.

Свойства фтора

Фтор имеет следующие свойства:

• сильный и неприятный запах, напоминающий смесь хлора и озона;
• молекулу хлора образуют 4 связывающие и 3 разрыхляющие орбитали, порядок связи равен одному;
• по своему составу хлор является моноизотопным веществом, так как науке известен только один устойчивый изотоп фтора – F19, 17 радиоактивных изотопов и один ядерный изомер F18;
• при температуре от -188 до -288 это вещество превращается в жидкое или твердое состояние;
• в газообразном состоянии фтор не имеет цвета, в жидком – его цвет желтоватый, в твердом – желто-зеленый;
• фтор – мощный окислитель, он является самым легким веществом из всех галогенов;
• температура кипения этого вещества равна -188 градусам, плавления – — 219.

Функции фтора в организме человека

Фтор – важнейший элемент в организме человека, который выполняет следующие функции:

• участвует (наряду с кальцием и фосфором) в формировании и укреплении зубного скелета и эмали;
• способствует нормальному росту ногтей и волос;
• участвует в процессе кроветворения;
• предупреждает развитие остеопороза;
• подавляет кислотообразующие бактерии, за счет чего защищает зубы от пародонтоза и кариеса;
• укрепляет иммунитет;
• способствует выведению радионуклидов из организма.

Газообразный фтор является ядовитым и агрессивным веществом для человеческого организма. Однако во всех продуктах, а также зубной пасте он содержится в виде солей. В этом случае он может приносить пользу, конечно, при умеренном употреблении.

Польза фтора для организма человека

Фтор приносит большую пользу для организма человека.

Он выполняет множество важных функций:

1. Угнетает развитие патогенных микроорганизмов, предупреждая повреждение зубной эмали продуктами их жизнедеятельности.
2. Выводит соли и тяжелые металлы.
3. Реминерализует эмаль на первой стадии образования кариеса.
4. Способствует укреплению костной ткани.
5. Нормализует фосфорно-кальциевый обмен.
6. Повышает устойчивость организма к радиации.
7. Замедляет работу кислотообразующих бактерий.
8. Отвечает за качество волос и ногтей.

Вред фтора для организма

Фтор может приносить как пользу, так и вред организму человека. Это вещество очень опасно при передозировке. Фтор долго выводится и накапливается не только в костях и зубах, но и в шишковидной железе, которая находится в середине мозга. В таком случае его влияние на здоровье человека может быть очень серьезным.

Довольно остро стоит вопрос добавления фтора в муниципальную воду, а также различные напитки, продукты и зубную пасту. В некоторых странах (не в России) добавляют синтетические соединения фтора: фторкремниевую кислоту, фторосиликат натрия, фторид натрия.

Поскольку такие соединения представляют собой продукты отхода фосфатной, алюминиевой и даже ядерной промышленности, их опасность для здоровья становится очевидной.

Больше всего для здоровья вреден фторид натрия. Ученые утверждают, что это вещество снижает когнитивные способности человека (ухудшает речь, мыслительную способность и память). Информация об этом стала известна широким массам лишь 10 лет назад. До этого момента результаты исследования о вреде фторида были засекречены.

Ученые доказали, что при длительном употреблении фторида натрия происходят следующие нарушения нормального функционирования организма:

1. Сбои в работе щитовидной железы вплоть до обширного расстройства эндокринной системы.
2. Генетические сбои на уровне ДНК.
3. Онкологические заболевания.
4. Снижение выработки мелатонина (что выражается в различных нарушениях сна).
5. Нарушения со стороны нейрологии (трудности с фокусировкой внимания, памятью и др.).
6. Болезнь Альцгеймера.

Синтетические соединения фтора начали применять в пищевой промышленности с 1940-х годов. Есть предположения о том, что фторид натрия использовали с целью массового контроля над сознанием масс в нацистской Германии, США и Советском Союзе.

Фторид природного происхождения входит в состав земной коры, поэтому небольшое количество этого веществав природной воде является допустимым. Часть фторидов присутствует в растениях и тканях животных. Однако даже природный фторид является токсичным веществом для человека, причем даже более опасным, чем свинец. Всего 2-5 г. является смертельной дозой.

Суточная норма фтора

Суточная норма фтора для взрослого человека, весом до 70 кг, составляет до 4 мг. Более точное количество можно определить, основываясь на таких данных как возраст, вес, регион проживания, качество употребляемой воды, особенности рациона питания.

Детям нужно меньше фтора, чем взрослым. Так, в возрасте до 1 года достаточно 0,5 мг этого элемента, от 1 до 6 лет – 0,7-0,9 мг, от 6 до 14 – 1,3 мг, от 14 до 18 – 1,5 мг. Беременным женщинам требуется не менее 2 мг фтора ежедневно. Доза увеличивается и для лиц с таким заболеванием как остеопороз, так как эта болезнь часто развивается на фоне недостатка фтора.

Избыток фтора в организме

Чрезмерное поступление фтора в организм человека возможно при употреблении воды с повышенным содержанием этого элемента или медицинских препаратов в неподходящей дозировке.

Симптомы избытка фтора:

1. Тошнота и рвота.
2. Расстройство пищеварения, боль и дискомфорт в животе.
3. Слабость, повышенная утомляемость.
4. Повышенная чувствительность кожи, раздражение, сыпь и красные пятна.
5. Проблемы с зубами – хрупкость, трещины и пятна на эмали, кровоточивость десен.
6. Судороги, дрожание пальцев.
7. Нарушение функционирования центральной нервной системы.
8. Отек легких, пневмония.
9. Потеря голоса.
10. Слезоточивость.

Нередко при переизбытке фтора возникает флюороз – болезнь, при которой наблюдается одновременно несколько симптомов: появление коричневых пятен на эмали зубов, деформация суставов, разрушение костной ткани, появление морщин и жестких участков на коже. Развитие флюороза происходит при содержании в организме от 0,5 мг фтора на 1 кг массы тела.

Переизбыток фтора в организме может проявляться как одним из симптомов, так и несколькими одновременно. Например, сначала может появиться тошнота, а чуть позже – рвота, недомогание и другие расстройства. В любом случае, обращение к врачу при наличии подобных симптомов обязательно. Самостоятельная постановка диагноза и лечение может обернуться негативными последствиями для здоровья.

В качестве экстренных мер при передозировке фтора (употребление внутрь от 20 мг вещества) рекомендуется вызвать рвоту и промыть желудок однопроцентным раствором хлорида кальция, затем выпить много воды и принять лактат или глюконат кальция. Дополнительно может быть назначено солевое слабительное средство, инъекции электролитов, витамины и симптоматическая терапия. В тяжелых случаях может потребоваться очищение крови с использованием аппарата «искусственной почки».

При незначительном переизбытке фтора следует пересмотреть ежедневный рацион, а также проверить содержание этого элемента в питьевой воде и при необходимости заменить ее источник. Также следует отказаться от фторированной зубной пасты и витаминов с содержанием фтора.

Хроническое отравление фтором

Чаще всего, хроническое отравление фтором диагностируют у детей и подростков, но иногда это состояние встречается и у взрослых. В случае хронической формы интоксикации, возникающей при длительном воздействии с данным веществом, человек испытывает характерные симптомы. На начальном этапе – повышенная чувствительность и кровоточивость десен, коричневые пятна на поверхности зубов, кариес, пародонтоз, болезненность и опухание носа, язвенные поражения носовой перегородки, дискинезия кишечника и желудка.

Позже появляются заболевания органов дыхательной системы, человек также начинает ощущать болезненные ощущения в области сердца, у него нарушаются процессы кровообращения и кроветворения. При хронической интоксикации происходит сбой в холестериновом обмене, развивается язва желудка и гастрит. Если не вывести избыток фтора из организма, со временем он может негативно сказаться на состоянии костных тканей, спровоцировать заболевание кожных покровов (в тяжелых случаях происходит язвенное поражение, опухание и омертвение отдельных участков кожи).

Недостаток фтора в организме

Поскольку основным источником фтора для человека является вода, необходимо следить за тем, чтобы этот элемент содержался в ней в достаточном количестве.

Недостаток фтора в организме может выражаться следующими симптомами:

• секущиеся кончики, ломкость, сухость и выпадение волос:
• развитие кариеса, повышенная чувствительность эмали, крошение зубов, повышенная стираемость, эрозии и некрозы десен;
• частые и повторные переломы, трещины и трудности со срастанием костей, что может быть признаком остеопороза;
• подверженность простудным и вирусным заболеваниям по причине ослабленного иммунитета.

Наиболее эффективным способом устранения недостатка фтора в организме является замена источника питьевой воды. Необходимо выбирать бутилированную воду с содержанием данного элемента. При значительном дефиците фтора, подтвержденном анализами, назначается соответствующая терапия. Улучшить состояние зубов можно при помощи фторсодержащей пасты, подбирать которую должен профессиональный стоматолог.

Способ восполнения минерала выбирается исходя из симптоматики и наличия либо отсутствия сопутствующих заболеваний и противопоказаний. Рассчитывая дозировку того или иного препарата для пополнения запасов фтора, следует избегать превышения дозы, так как этот элемент содержится в некоторых продуктах, воде и витаминах. По этой причине лучше обратиться к врачу для выбора необходимого средства и его дозировки.

В каких продуктах содержится фтор

Необходимый для человеческого организма фтор содержится в следующих продуктах питания:

• грецкий орех и миндаль;
• рыба морская и пресноводная;
• морепродукты (особенно креветки);
• овощи (картофель, тыква, лук, спаржа, авокадо, брюссельская капуста, помидоры, морковь, листовой салат, шпинат и другая зелень);
• яйца;
• фрукты (грейпфрут, яблоко, мандарин, сливы);
• злаки (гречка, рис, кукуруза, овес, отруби, проросшие зерна);
• говядина и курица;
• мед;
• соленья (соленые огурцы, помидоры, капуста);
• молоко;
• черный и зеленый чай;
• красное вино (источником здесь выступают химикаты, которыми удобряют виноград).

Для того, чтобы получать необходимое количество фтора, вовсе не обязательно принимать аптечные препараты. Достаточно включать в свое меню продукты из приведенного списка, но и не допускать передозировки данного элемента.