Fluor (chemická značkaF,latinskyfluorum) jenekovovýprvek, značně toxický, zelenožlutýplyn, chemicky mimořádně reaktivní. Vyznačuje se vysokou elektronegativitou. Je nejlehčímprvkem z řadyhalogenů. V historii se ho lidé pokoušeli velmi dlouho získat, ale kvůli jeho vysoké reaktivitě se to podařilo teprve roku1886Henrimu Moissanovi elektrolýzou chlazené směsiKHF2 vHF. Za výrobu fluoru získalNobelovu cenu.
Fluor se na Zemi vyskytuje pouze ve sloučeninách a to v nevelkém množství. Nejvýznamnější minerály fluoru jsoukazivec CaF2 afluorapatit Ca5(PO4)3F, které se používají k jeho výrobě. Fluor se vyrábí elektrolýzou roztokuKHF2 vHF. Kvůli extrémní reaktivitě a problémům s jeho skladováním se fluor spotřebovává ihned na místě výroby.
Zjednodušená struktura atomu fluoruKrystalická struktura β-fluoru.
Fluor je plyn v silné vrstvě zelenožlutý s dráždivým zápachem, který připomínáchlorovodík. Fluor je extrémně jedovatý atoxický plyn, který leptá dokonce isklo. Kapalný fluor má banánově žlutou barvu.Disociační enthalpie molekuly fluoru je velmi nízká a blíží se disociační enthalpii molekulyjodu, což se vysvětluje malou pevností vazby vmolekule fluoru (menší překryv vazebnýchorbitalů), což může být způsobeno větším odpuzovánímatomů fluoru vlivem velkého odpuzování volnýchelektronových párů.
Ve svých sloučeninách má pouze oxidační číslo −1, velmi vzácně může mít fluor v některýchkomplexech oxidační číslo 0 a opravdu pouze formálníoxidační číslo +1 má vkyselině fluorné, ve skutečnosti zde má oxidační číslo −1, jelikož má vyššíelektronegativitu než vodík i kyslík. Pro všechnyhalogeny obecně platí, že halogen s menším protonovým číslem (lehčí) je schopen vytěsnit halogen s většímprotonovým číslem (těžší) z jehohalogenidu. Lehčí halogen přechází v halogenid a těžší halogen z halogenidu v halogen. Fluor vytváří převážně iontové sloučeniny siontovou vazbou a pouze s některými sloučeninami vytváříkovalentní vazbu.
Fluor je extrémně reaktivní plyn, který se ochotně až explozivně slučuje již za studena svodíkem,bromem,jodem,sírou,fosforem,arsenem,antimonem,borem,křemíkem a s mnohakovy. Některé kovy reagují s fluorem za normálních teplot nebo při mírném zahřátí jen na povrchu a vzniklý povlak brání další reakci –pasivace. Při silnějším zahřívání reakce pokračuje do hloubky a některé kovy, jakozinek,cín nebohliník, dokonce vzplanou. Za červeného žáru působí fluor dokonce i nazlato aplatinu. Působením fluoru navodu vznikáfluorovodík akyslík, který obsahuje také malé množstvíozonu, za jistých podmínek však působením fluoru na vodu vzniká fluorovodík akyselina fluorná.
Kvůli své silné reaktivitě vytěsňuje fluor většinuanionů ze sloučenin a sám přechází v anion[zdroj?] –sklo, které je chemickou podstatouoxidu křemičitého, reaguje s fluorem za vznikufluoridu křemičitého akyslíku. Jelikož je fluor extrémně reaktivní plyn, není jednoduché jej připravit ani dlouhodobě skladovat.
Příprava fluoru se velmi dlouhou dobu nedařila, protože ihned po přípravě plyn zreagoval s vodou nebo se stěnami nádob. Poprvé se fluor podařilo připravit až 26. května1886Henrimu Moissanovi, který ho připravilelektrolýzou chlazeného roztoku kyseléhofluoridu draselného KHF2, rozpuštěného v bezvodém kapalnémfluorovodíku v přístroji splatinovými airidiovými elektrodami ve tvaru U, který byl těsně uzavřen zátkou zfluoridu vápenatého CaF2. Vzniklý plyn reagoval skřemíkem za vzniku plamene. Příprava se podařila po 74 neúspěšných letech. Henri Moissan získal za objev fluoru a vynález elektrické pece roku1906 (dva měsíce před svou smrtí)Nobelovu cenu.
Fluor se vzemské kůře vyskytuje jako 13. nejrozšířenější prvek (na dvanáctém místě jemangan 1060 ppm a na čtrnáctém místěbaryum 390 ppm). Vzemské kůře je fluor přítomen v koncentraci 544 ppm (mg/kg). Voda oceánů obsahuje pouze přibližně 1 mg F/l, tento nízký obsah je způsoben tím, že většinafluoridů je ve vodě nerozpustná. Ani vevesmíru není fluor příliš bohatě zastoupen. Předpokládá se, že na jedenatom fluoru připadá přes 30 milionů atomůvodíku.
Roku1919 vypracoval Argo[2] nový způsob výroby fluoru. Základem procesu jeelektrolýza taveninyhydrofluoridu draselného KHF2 při 240 °C – 250 °C v elektricky vyhřívanéměděné nádobě, která je zároveňkatodou.Anoda jegrafitová tyč obklopená diafragmou, která zabraňuje přístupuvodíku k anodě. Roku1928 se při výrobě začal používatdihydrofluorid draselný KH2F3 namísto hydrofluoridu draselného, čímž se snížila teplota taveniny, a měděná nádoba byla nahrazenahořčíkovou nebo zMonelova kovu. Roku1936 zavedlL. A. Bigelow pro výrobu velmi čistého fluoru výrobu z hydrofluoridu draselného KHF2 při 250 °C v dobře utěsněnéniklové nádobě za použití grafitovýchelektrod.
Dnes se výroba fluoru provádí ve dvou typechelektrolyzérů. V prvním se elektrolýza provádí při teplotě 72 °C a elektrolyzuje sedihydrofluorid draselný KH2F3 a v druhém se elektrolýza provádí při 240 °C a elektrolyzuje sehydrofluorid draselný. V obou typech se používají negrafitizovatelné kompaktní tyče z uhlíku, které tvoří anody, a oba typy mají plášť z měkkéoceli, která je zároveň katodou. První typ má několik výhod – uvnitř komor je nižší tlak plynnéhofluorovodíku, který se při vyšší teplotě uvolňuje, elektrolyzér má sníženou možnostkoroze a anody mají delší životnost. Plyny vycházející z elektrolyzéru se oddělují krátkou přepážkou nebo diafragmou. Laboratorní elektrolyzéry pracujíproudu při 10–50A a průmyslové elektrolyzéry při proudu 4 000–6 000A a napětí 8–12V. V praxi se používají elektrolyzéry o rozměrech 3*0,8*0,6 m, které obsahují až 1telektrolytu. Za 1h provozu se vyrobí 3–4 kg fluoru a ve velkém průmyslovém podniku se vyrobí až 9 tun kapalného fluoru za den.
Celková roční produkce fluoru je vUSA aKanadě přibližně 5 000 tun, veVelké Británii se vyrobí ročně o něco méně fluoru a vČesku se fluor průmyslově nevyrábí, ale výrobny na menší množství existují. Obtížná není jen výroba fluoru, ale také následné uchování vyrobeného fluoru. Obvykle se používají kovové tlakové nádoby pokryté vrstvouteflonu, do kterých se vejde objem 2,27 tun kapalného fluoru. Často se však výroba koncipuje tak, aby byl vyrobený fluor co nejrychleji spotřebován přímo na místě výroby, např. při následné organické syntéze.
Elementární fluor se používá jako surovina v chemickém průmyslu. V 50. letech20. století se uvažovalo o využití kapalného fluoru nebo jeho směsi s kapalnýmkyslíkem jako okysličovadla v kapalinových raketovýchmotorech vzhledem k vyššímu dosahovanémuspecifickému impulsu. Problémy s výrobou a skladováním, spolu s jeho nebezpečím pro obsluhu, vedly k tomu, že tato myšlenka byla brzy opuštěna. Přesto v tehdejšímSSSR byly postaveny a vyzkoušeny prototypy motorů pracujících s touto pohonnou látkou. V dnešní době se pro raketové motory velmi intenzivně studují sloučeniny fluoru skyslíkem adusíkem.
Fluor se dříve využíval k přípravě těžko dostupnýchfluoridů a dnes se využívá jako velmi účinnéoxidační činidlo. Většího praktického uplatnění než čistý fluor dosahují jeho sloučeniny:
Kyselina fluorovodíková HF, dodávána na trh často jako 40% roztok, leptá a rozpouštísklo a uplatňuje se proto ve sklářském průmyslu (leptání a matování skla) i při chemických rozkladech odolných silikátových hornin. Reakce čistéhokřemíku s fluorovodíkem se využívá vpolovodičovém průmyslu k řízenému odleptávání určených vrstev křemíkové matrice. Také je hned po vodě snad nejpoužívanějšípolární rozpouštědlo. Používá se též kfluoraciorganických sloučenin, výrobufreonů,fluoroplastů, aj.
Kryolit Na3[AlF6] podstatně snižuje bod tání oxidu hlinitého (bauxitu) a je cennou přísadou při elektrolytické výroběhliníku.
Velké množství fluoru se spotřebuje na výrobufluoridu sírového SF6, který se používá jakodielektrikum a k výrobě fluoračních činidel (ClF3, BrF3, IF3), které se používají k fluoraci při organických syntézách (BF3 jekatalyzátorem ve Friedel-Craftsově syntéze,-polymeracealkenů).Fluorid wolframový WF6 afluorid rhenový ReF6 se používají k nanášení tenké kovové vrstvy (metodou CVD)wolframu arhenia na složitě vytvarované součástky.
Výrobky z teflonuTkaniny s fluorem bývají obvyklehydrofobní
Uhlovodíky, v nichž jsou atomy vodíku kompletně nahrazeny atomyhalogenů, se vyznačují mimořádnou chemickou stabilitou a nejsou prakticky vůbectoxické. Výroba organických sloučenin fluoru se velmi rychle započala rozvíjet na začátku20. století.
První významný úspěch při výrobě sloučenin fluoru byl objev inertních fluorovanýcholejů, mazacíchtuků apolymerů, které jsou velmi odolné, nehořlavé, netoxické – tedy zcelainertní. Jejich použití je velmi všestranné. Oleje a tuky slouží k mazání namáhaných součástek a ložisek a oleje s vysokýmiměrnými tepelnými kapacitami se používají zároveň také jakochladicí kapaliny.
Polymer, známý pod obchodním názvemteflon (chemickypolytetrafluorethylen[CF2-CF2]n), je mimořádně chemicky a tepelně odolný. Má velmi mnohostranné využití od pokrývání povrchu kuchyňského nádobí po výrobu odolných chemických aparatur pro práci s agresivními médii, nádob pro uchovávání silnýchkyselin a reaktivních organických sloučenin. Dobrých elektrických izolačních vlastností a tepelné odolnosti teflonu využívá elektrotechnický průmysl. Z teflonu se vyrábějí velmi odolná těsnění pro průmyslové účely i využití v domácnostech.
Freony, jsou organické sloučeniny, které vždy obsahují nejméně 2 atomy fluoru a dva další atomy jinéhohalogenu (nejčastějichloru) – nejznámější jedichlordifluormethan CCl2F2. Tyto halogenouhlovodíky dosáhly v posledních několika desetiletích masového uplatnění především v těchto oborech:
Chladírenská technika, kde nahradily dříve používaný toxickýamoniak nebooxid siřičitý. Dodnes jsou freony chladicím médiem desítek milionůchladniček i automobilových a bytových klimatizačních jednotek po celém světě.
Výroba pěnových hmot (pěnovýpolystyren, pěnovýpolyurethan apod.), kde se využívaly jako pěnicí činidlo.
Hnací náplň do sprejů, především pro svoji zdravotní nezávadnost a nehořlavost.
Dnes se však z ekologických důvodů produkce freonů celosvětově snižuje, protože se podílí na vznikuozonové díry.
Jelikož je fluor schopen tvořit své sloučeniny pouze v jediném oxidačním čísle F−I, je počet jehoanorganických sloučenin velmi omezen (jediné kladnéoxidační číslo má fluor vkyselině fluorné, ale zde jde pouze o formální význam tohoto oxidačního čísla). Vkomplexních sloučeninách vystupuje fluor velmi často jakoligand, avšak jeho komplexy nejsou většinou nijak stabilní. Naproti tomu je fluor schopen tvořit velmi mnoho organických sloučenin.
Fluor nevytváří mnoho anorganických sloučenin. Největší počet jeho sloučenin reprezentujífluoridy, ve kterých dosahujíatomykovů svých maximálních oxidačních čísel (fluoridy jsou popsány u jednotlivýchprvků s nimiž fluor tvoří sloučeniny). Zvláštní skupinou fluoridů jsouinterhalogenidové sloučeniny, což jsou sloučeninyhalogenu s halogeny. Jelikož má fluor nejvyšší hodnotuelektronegativity vytváří také několik sloučenin skyslíkem. Poslední ze sloučenin fluoru, avšak průmyslově nejdůležitější, jsou jeho dvě kyseliny –kyselina fluorovodíková HF akyselina fluorná HOF.
Kyselina fluorovodíková HF byla donedávna jedinou známoukyselinou fluoru. Fluorovodík je velmi jedovatý, bezbarvý plyn, který leptásliznice. Připravuje se zahřívánímfluoridu vápenatého s koncentrovanoukyselinou sírovou. V zředěných vodnýchroztocích se chová jako středně silná až slabá kyselina, avšak koncentrovaná je téměř stejně silná jakokyselina sírová. Molekula HF je velmi malá a stává se, že při neopatrném potřísnění kůže difunduje kyselina fluorovodíková tkáněmi až ke kostem, které chemicky napadá a neopatrný chemik pocítí po několika hodinách velmi nepříjemnou a úpornou bolestkosti. Se všemikovy tvoří kyselina fluorovodíková solifluoridy. Soli kyseliny fluorovodíkové jsou nejhůře rozpustné ze všech halogenidů, čehož se využívá vanalytické chemii i v průmyslovém měřítku kseparaci těchto látek ze směsi s ostatnímikovy.
Kyselina fluorná HOF neboli monofluorovaná voda je doposud nejzajímavější, ale stále ještě málo známá látka. Je to pevná krystalická látka, která se samovolně rozkládá za vznikufluorovodíku a kyslíku, proto je nutné ji ihned po výrobě zužitkovat. Je to jedno z nejlepších oxidačních činidel, které není destruktivní. Při oxidacích se zkyseliny fluorné odštěpujekyslík a vznikáfluorovodík. Kyselina fluorná se připravuje zaváděním plynné směsi z 10% fluoru a 90%dusíku doacetonitrilu obsahujícíhovodu.Acetonitril CH3CN je zde netečný a fluor reaguje svodou za vznikukyseliny fluorné akyseliny fluorovodíkové.[3]
Protože fluor jako jediný prvek vykazuje větší elektronegativitu nežkyslík, tvoří s ním několikfluoridů, v nichž se kyslík vyskytuje v mocenství O2+, O+ nebo zlomkovýchoxidačních číslech (např. OF2, O2F2, O4F2, O5F2, O6F2.Difluorid kyslíku OF2 je jedovatý plyn, který se připravuje zaváděním fluoru do vodného roztokuhydroxidu sodného.Difluorid dikyslíku O2F2 je slabě hnědá plynná látka, která se za normální teploty rozkládá nakyslík a fluor, připravuje se přímým slučováním fluoru a kyslíkem zadoutnavého výboje.
Fluor vytváří velké množstvíinterhalogenních sloučenin. Interhalogeny jsou sloučeninyhalogenů s halogeny (v tomto případě fluoru s jinými halogeny). Schlorem vytvářífluorid chlorný ClF,fluorid chloritý ClF3,fluorid chlorečný ClF5, kationt fluorido dichlorný Cl2F, kationt tetrafluorido chlorečný ClF4+ a kationt hexafluorido chloristý ClF6+, sbromemfluorid bromný BrF,fluorid bromitý BrF3,fluorid bromičný BrF5, kationt tetrafluorido bromičný BrF4+ a kationt hexafluorido bromistý BrF6+ a sjódemfluorid jodný IF,fluorid joditý IF3,fluorid jodičný IF5,fluorid jodistý IF7, kationt tetrafluorido jodičný IF4+ a kationt hexafluorido jodistý IF6+. Nejstálejší interhalogenidy tvoří fluor s jodem a nejméně stabilní s chlorem, stabilita těchto sloučenin také klesá se zvětšujícím se oxidačním číslem kationtu. Tvar molekul interhalogenidů se řídí pravidlyVSEPR a elektronegativitou substituentů (např. tvar molekuly ClF3 je tvaruT, BrF5 tvarutetragonální pyramidy a IF7 tvarupentagonální bipyramidy). Interhalogenidy fluoru se chovají jako volný fluor – mají silné oxidační a fluorační účinky a vystupují jakoLewisovy kyseliny.
Organické sloučeniny fluoru se v přírodě téměř nevyskytují a jsou výsledkem chemické syntézy. Mezi nejznámější patří:
Polymerní polytetrafluorethylen (teflon) o vzorci F-(-CF2-)2n-F, polymerníuhlovodík, v němž jsou všechny atomy vodíku nahrazeny fluorem.
Freony – řada plynných nebokapalných látek, které obsahují jeden až pět atomů uhlíku a jejichž vodíkové atomy jsou substituovány fluorem,chlorem a někdy takébromem. Bývají též označovány zkratkouCFC (zangl. chlorofluorocarbon).Vzhledem ke schopnosti narušovatozonovou vrstvuZemě je jejich použití regulovánoMontrealským protokolem.
Přípustné množství fluoru v zubních pastách je vEU 1500ppm,[6] při vyšších koncentracích roste riziko vznikudentální fluorózy doprovázené hnědými skvrnami na zubech.[8] Při jednorázovém požití pouhých 150 mgfluoridu sodného (NaF) může dojít k nevolnosti, zvracení, průjmu a akutní bolesti břicha,[9] akutní otrava se léčí infuzí vápenatých iontů.[9] Fluoridovýanion je protoplasmatickýjed, zasahující do funkceenzymů, neurotoxický a váže iontyvápníku.
↑The British Fluoridation Society; The UK Public Health Association; The British Dental Association; The Faculty of Public Health.One in a Million: The facts about water fluoridation. 3. vyd. Manchester: British Fluoridation Society, 2012.Dostupné v archivu pořízeném dne 2015-04-30. Takédostupné.ISBN0-9547684-0-X. Kapitola The ethics of water fluoridation, s. 88–92.
↑MORE, Judy.Infant, Child and Adolescent Nutrition: A Practical Handbook. [s.l.]: CRC Press 265 s.Dostupné online.ISBN9781444149890. S. 7. (anglicky)
↑abO'DONNELL, T. A.The Chemistry of Fluorine: Comprehensive Inorganic Chemistry. [s.l.]: Elsevier 113 s.Dostupné online.ISBN9781483146423. (anglicky)
_gives_a_Fluoride_treatment_to_a_patient_during_a_Continuing_Promise_2009_medical_civil_service_projec.jpg)
