Фтор какими свойствами обладает
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).
Источник
Фтор нужен для организма человека? Свойства, вред и польза. Среди разнообразных веществ, входящих в человеческий организм, немаловажное место занимают микроэлементы, именуемые также минералами. Хотя их содержание в теле невелико(0,04–0,07 %), роль их огромна, а недостаток любого из них пагубно сказывается на работе систем и органов. В данной статье будет рассказано о микроэлементе фторе, относящемся к группе незаменимых минералов, то есть таких которые мы обязательно должны получать из внешней среды. Так почему же фтор нужен для организма человека? О его свойствах, вреде и пользе для здоровья, а также о различных областях применения фтора пойдёт речь.
Фтор в оптимальной природной форме и дозировке содержится в продуктах пчеловодства — таких как цветочная пыльца, маточное молочко и трутневый расплод, которые входят в состав многих натуральных витаминно-минеральных комплексов компании «Парафарм»: «Леветон П», «Элтон П», «Леветон Форте», «Элтон Форте», «Апитонус П», «Остеомед», «Остео-Вит», «Остеомед Форте», «Эромакс», «Мемо-Вит» и «Кардиотон». Именно поэтому мы уделяем столько внимания каждому природному веществу, рассказывая о его важности и пользе для здоровья организма.
Фтор: История открытия
В силу своей высокой химической активности фтор отсутствует в природе в чистом виде, однако учёные задолго до его выделения пытались описать его. Таким образом, история открытия фтора растянулась на несколько столетий. Уже на грани XV–XVI веков при выплавке металлов и стекла использовался минерал CaF2– флюорит(лат. fluereозначает«течь»), или плавиковый шпат, в России его именовали также спалтом или спатом.
В XVII веке в стекольном производстве для получения узоров на посуде стала применяться плавиковая кислота в смеси со шпатом, природу которой пытались установить К. Шееле и Лавуазье. Последний и предположил в её составе наличие неизвестного науке химического элемента, который он назвал флюором(fluorum). Таким термином фтор и по сей день обозначается в европейских языках. А название «фтор» (от греч. «гибель, разрушение») принадлежит Амперу, который в 1810 г. сумел максимально точно предсказать свойства неведомого элементарного вещества. Над выделением чистого фтора в течение XIX века упорно бились многие химики. Около десятка из них даже погибли или получили серьёзное отравление в ходе экспериментов (Г. Дэви, братья Ноксы, Тенар и Гей-Люссак и др.), что словно бы подтверждает меткость смертоносного названия «фтор».
Наконец в 1886 году элементарный хлор в газообразной форме удалось получить французскому учёному Анри Муассану с помощью электролиза фторводорода, с применением сверхдорогого прибора из платины и иридия, так как выделенный газ был крайне агрессивен. Позже он опробовал аппарат для электролиза из меди, с которой фтор хоть и реагировал, но с образованием плёнки, не позволяющей этой реакции продолжаться.
Физические и химические
свойства фтора
Познакомившись с физическими и химическими свойствами фтора, можно удивиться тому, что это очень ядовитое вещество, даже в названии которого притаилось «разрушение» (др.-греч. φθόρος ), является незаменимым в организме человека.
Элемент фтор (лат. fluorum, F) располагается под 9-м атомным номером в 17-й группе периодической таблицы химических элементов Менделеева, где также находятся другие галогены: бром, хлор, йод и астат. Все они неметаллы и активные окислители, не представленные в природе самостоятельно, а только в составе соединений, и фтор из них наиболее лёгкий галоген, отличающийся самой высокой реакционноспособностью. Именно поэтому он встречается не в свободном состоянии, а только в соединениях, при лабораторном выделении из которых представляет собой в чистом виде при нормальной температуре газ из 2-атомных молекул (F2). Газообразный фтор по запаху похож на хлор или озон, имеет желтоватый оттенок, чрезвычайно токсичен. Закипает при очень низкой температуре – -188,12 °C, а плавится при -219,70 °C. Крайне высокая химическая активность заставляет фтор вступать в реакции практически со всеми веществами и элементами, часто с горением и взрывами.
В природе больше всего фтора содержится в почве преимущественно в составе уже вышеназванного флюорита, в водах океана и в меньшей степени в речной воде. Некоторые растения вбирают и связывают фтор, в частности лук и чечевица.
Физические и химические свойства фтора обуславливают разностороннее использование этого элемента в фармакологии, химической промышленности для получения различных соединений, в том числе агрохимикатов, в изготовлении ряда материалов (тефлона, фторпластов и фторкаучуков). Как охлаждающее вещество он применяется в производстве холодильных камер – входит в состав фреона. Применим он также в ядерной и металлургической промышленности. Создание атомной бомбы не обошлось без 9-го элемента периодической таблицы.
Почему фтор нужен
для организма человека?
А теперь ответим на центральный вопрос статьи: почему, для чего фтор нужен для организма человека? Больше всего этого микроэлемента содержится в наших зубах (0,02 %), костях (0,2–1,2 %), щитовидной железе и коже. В меньшей мере обнаруживается он практически во всех биологических субстанциях. В среднем – около 2,6 грамма во всём теле.
Пожалуй, все наслышаны о пользе фторсодержащих зубных паст. Оспаривать данный факт не приходится, ведь фтор (в малых количествах, конечно) необходим для формирования и поддержания, укрепления покрывающей зубную ткань эмали и самого дентина. Он, вступая в соединение с кальцием и фосфором,предотвращает развитие кариеса, появление микротрещин. Однако в местностях, где питьевая вода в должной мере обогащена данным микроэлементом, не стоит постоянно пользоваться фторированными пастами, так как это может вызвать флюороз – перенасыщенность тканей фтором, что выражается обычно в пятнистости, потемнении эмали, а что ещё хуже – в нарушениях структуры и деформациях костей.Присутствие фторида в пище будущей мамы способствует рождению ребёнка, менее подверженного кариесу.
Кости также будут более прочными при достатке этого минерала. Фтор нужен для нормального роста скелета, он ускоряет восстановление в случае переломов. Для пожилых людей фтор ценен как средство предупреждения остеопороза.
Воздействие фтора на щитовидную железу заключается в угнетении её активности, что давно взято на вооружение врачами при лечении ряда эндокринных отклонений, таких как гипертиреоз (базедова болезнь).
Отмечено положительное влияние оптимального содержания фтора в организме на иммунную систему и функции кроветворения, на регенерацию при ранах и ожогах, а также на усвоение железа.
Выявлено радиопротекторное (защищающее от радиации) действие фтора: он препятствует отложению радионуклида стронция в костных тканях и защищает от облучения стронцием, способствует выведению солей тяжёлых металлов.
Как видим, участвуя в минеральном обмене, фтор оказывает разностороннее действие на организм человека.
Фтор в медицине
Применение фтора в медицине обусловлено его свойствами и ролью в физиологических процессах человека.
Широко распространено назначение фторсодержащих препаратов и биодобавок для улучшения состояния зубов и костей, для профилактики остеопороза («Витафтор», «Натрия фторид», «Флудент» и др.). Для фторирования молочных и постоянных зубов (насыщения эмали и дентина соединениями фтора) активно используются всевозможные спреи, мази, гели и лаки («Витофтор», «Сенсигель», «Фторлак» и др.). Глубокое фторирование проводится только стоматологом с использованием специальной техники. Эта процедура не только предупреждает кариес, но и способствует формированию эмали у малышей, помогает дольше сохраняться уже имеющимся зубным реставрациям у взрослых, уменьшает гиперчувствительность.
Фтор в сочетании с йодом тормозит излишнее продуцирование тиреоидных гормонов и нормализует секреторную деятельность щитовидки при базедовой болезни (гипертиреозе).
При лечении онкологических заболеваний используются фторсодержащие медикаменты. Например,противоопухолевый препарат «Фторурацил»применяется с середины ХХ века по сей день.
Многие лекарства, предназначенные для терапии нервно-психических болезней (шизофрении, эпилепсии и др.), включают атомы фтора: миорелаксанты, нейролептики, транквилизаторы и снотворные.
Входит фтор и в состав ряда глюкокортикоидов, назначаемых при дерматологических заболеваниях: в «Бетаметазон», «Дексаметазон», «Флупреднизолон» и др.
Современная фармакология находится в плотной связке с химией фтора, и сегодня атомы этого микроэлемента включаются в разрабатываемые лекарственные средства от самых разных недугов.
Как выражается
дефицит фтора в организме?
Причинами дефицита фтора в организме могут быть нарушения метаболизма, не позволяющие усваиваться ему в нужных количествах, и недостаточное поступление его извне. Во втором случае, как правило, речь идёт о бедной фтором питьевой воде (менее 0,7 мг/л).
Характерные симптомы нехватки фтора – это поражение зубов кариесом, их хрупкость, а также развитие остеопороза. Ногти и волосы также становятся ломкими, плохо растут. Вследствие уменьшения содержания в организме железа, которое плохо усваивается без фтора, может возникнуть анемия.
Чем опасен переизбыток
фтора в организме?
Отравление фтором
Переизбыток фтора в организме может оказаться для человеческого организма гораздо большим злом, нежели его недостаток. Только 20 мг этого минерала вызывают серьёзное отравление фтором, а 2 грамма смертельны.
Острое отравление газообразным фтором вызывает поражение глаз (ожоги, конъюнктивиты, экземы век) и органов дыхания (изъязвление слизистых оболочек, потерю голоса, кровотечения из носа, бронхит, пневмонию), а также резкое нарушение кровообращения. Могут пострадать печень, сердечная мышца, вероятно развитие лейкопении, различных отклонений в работе сердечно-сосудистой и нервной систем, метаболических нарушений. При отравлении через желудочно-кишечный тракт (например ядом для мышей) начинаются судороги, резкое понижение давления, тошнота, кровавые рвота и понос, велика вероятность впадения в кому.
Хроническое отравление фтором (фторизм) также несёт серьёзную угрозу для здоровья, тем более что его диагностика затруднена. Причиной может быть чрезмерно фторированная вода (больше 4 мг/л), не утилизованные по правилам промышленные отходы, отравляющие внешнюю среду, несоблюдение техники безопасности на производстве суперфосфатов, отравление почв и растений агрохимикатами и др. Сначала зубы и дёсны становятся крайне чувствительными, затем наблюдается стирание зубов, поражение их кариесом, пародонтозы, кровотечения из носа. Поражаются бронхи, лёгкие, сердце, ЖКТ, печень, система кровообращения и сосуды… В общем, патологические изменения нарастают, как снежный ком, и затрагивают весь организм, что может при продолжении интоксикации и отсутствии лечения привести к инвалидности и преждевременной смерти.
Суточная норма фтора
Чтобы избежать негативных последствий дефицита и переизбытка фтора, надо придерживаться рекомендаций специалистов относительно полезных для здоровья доз этого вещества. Потребность человеческого организма в 9-м элементе периодической таблицы покрывает суточная норма фтора, установленная медиками в соответствии с возрастом:
- младенцы должны получать 0,01–0,5 мг/сутки фтора в день (эта доза увеличивается от меньшего к большему числу от рождения до года); малыши получают фтор с водой, материнским молоком, детским питанием;
- от года до 3 лет – 0,7мг /сутки;
- к 13 годам норма увеличивается до 2 мг/сутки;
- молодые люди 14–18 лет и женщины после 14 лет – 3 мг/сутки;
- взрослые мужчины – 4 мг/сутки.
Фтор: Содержание в продуктах питания
Основным источником фтора для нас служит питьевая вода, которая подлежит проверке на содержание в ней фтора, и в случае его недостатка (менее 5 мг на литр), её специально обогащают фторидом натрия. Полезно будет знать о содержании фтора в продуктах питания, чтобы при необходимости восполнить его недостаток. Богаты им морепродукты (рыба и водоросли), чай (как чёрный, так и зелёный), мясо (особенно телятина и баранина), печень, яйца и молоко, чечевичная, овсяная, рисовая, гречневая крупы, отруби, грецкий орех, лук, яблоки, грейпфрут.
Причины заниматься спортом: топ-5. Тренируйся, пока не поздно
Дела на работе, домашние заботы, соцсети – все это нещадно пожирает наше свободное время. Даже поход в фитнес-зал после 30 лет дается непросто. При этом банальная зарядка с гантелями уже вас не устраивает и хочется чего-то большего. Какие главные причины заниматься спортом? Где взять мотивацию записаться в секцию плавания, боевых искусств или просто поиграть в…
Читать далее
Легендарные спортсмены-вегетарианцы: топ — 5
Спортсмены-вегетарианцы сегодня мало кого удивляют. Многие звезды спорта осознанно выбирают такой путь и остаются только в выигрыше. Куда более удивителен тот факт, что подобная практика существовала задолго до того, как вегетарианство стало мейнстримом. Великие атлеты прошлого принципиально отказывались от мяса, но при этом продолжали бить рекорд за рекордом. Кто же эти герои, и в чем…
Читать далее
Как убрать бока. Проверенные средства для 100%-го результата
Вопросом, как убрать бока, озадачиваются и женщины, и мужчины, не равнодушные к недостаткам своего тела. Область талии традиционно считается проблемной. Вывести отсюда жир не помогут никакие хитроумные диеты. Да и как такового универсального упражнения для этой цели не существует. Тем не менее при правильном подходе к похудению и должном усердии миссия очень даже выполнима.
Читать далее
Самые опасные виды спорта. Рейтинг экстрима
Риск – дело благородное, но не всегда благодарное. Поэтому те, кто выбирают самые опасные виды спорта, ходят по краю пропасти (и не всегда в переносном смысле!). Кроме восхищения и славы, на спортивном поприще таких смельчаков поджидает ещё и постоянный риск тяжёлых травм. Рассмотрим наиболее травматичные виды спорта. Какие опасности они в себе таят, и как…
Читать далее
Источник