Ֆտորը քիմիական տարր է (խորհրդանիշ F, ատոմային համարը 9), ոչ մետաղ, որը պատկանում է հալոգենների խմբին։ Այն ամենաակտիվ և էլեկտրաբացասական նյութն է։ Նորմալ ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում ֆտորի մոլեկուլը գունատ դեղին թունավոր գազ է՝ F2 բանաձևով: Ինչպես մյուս հալոգենիդները, մոլեկուլային ֆտորը շատ վտանգավոր է և մաշկի հետ շփվելիս առաջացնում է ծանր քիմիական այրվածքներ:
Օգտագործել
Ֆտորը և նրա միացությունները լայնորեն օգտագործվում են, այդ թվում՝ դեղագործական, ագրոքիմիական, վառելիքի և քսանյութերի և տեքստիլի արտադրության համար: Ֆտորաջրածնային թթուն օգտագործվում է ապակու փորագրման համար, մինչդեռ ֆտոր պլազման օգտագործվում է կիսահաղորդիչներ և այլ նյութեր արտադրելու համար: Ատամի մածուկի և խմելու ջրի մեջ F իոնների ցածր կոնցենտրացիաները կարող են օգնել կանխել ատամնաբուժական կարիեսը, մինչդեռ ավելի բարձր կոնցենտրացիաներ կան որոշ միջատասպանների մեջ: Շատ ընդհանուր անզգայացուցիչներ հիդրոֆտորածխածնային ածանցյալներ են: 18F իզոտոպը պոզիտրոնների աղբյուր է բժշկական ստանալու համարՊոզիտրոնային էմիսիոն տոմոգրաֆիա, և ուրանի հեքսաֆտորիդն օգտագործվում է ուրանի իզոտոպները առանձնացնելու և ատոմակայանների համար հարստացված ուրան արտադրելու համար:
Հայտնաբերման պատմություն
Ֆտորի միացություններ պարունակող հանքանյութերը հայտնի էին այս քիմիական տարրի մեկուսացումից շատ տարիներ առաջ: Օրինակ, կալցիումի ֆտորիդից կազմված ֆտորպարը (կամ ֆտորիտը) նկարագրվել է 1530 թվականին Ջորջ Ագրիկոլայի կողմից։ Նա նկատեց, որ այն կարող է օգտագործվել որպես հոսք, նյութ, որն օգնում է նվազեցնել մետաղի կամ հանքաքարի հալման կետը և օգնում է մաքրել ցանկալի մետաղը: Հետևաբար, ֆտորն իր լատիներեն անվանումը ստացել է fluere («հոսել») բառից։
1670 թվականին ապակի փչող Հենրիխ Շվանհարդը հայտնաբերեց, որ ապակին փորագրվում է թթվով մշակված կալցիումի ֆտորիդի (ֆտորսպին) գործողությամբ: Կարլ Շելեն և շատ ավելի ուշ հետազոտողներ, այդ թվում՝ Համֆրի Դեյվին, Ժոզեֆ-Լուիս Գեյ-Լյուսակը, Անտուան Լավուազյեն, Լուի Թենարը, փորձարկեցին ֆտորֆտորաթթվի (HF) հետ, որը հեշտությամբ ստացվեց՝ CaF-ը խտացված ծծմբաթթվով մշակելով:
Վերջում պարզ դարձավ, որ HF-ը նախկինում անհայտ տարր է պարունակում։ Սակայն չափից դուրս ռեակտիվության պատճառով այս նյութը երկար տարիներ չէր կարող մեկուսացվել։ Այն ոչ միայն դժվար է առանձնացնել միացություններից, այլ անմիջապես արձագանքում է դրանց մյուս բաղադրիչներին։ Ֆտորաթթվից տարրական ֆտորի մեկուսացումը չափազանց վտանգավոր է, և վաղ փորձերը կուրացրել և սպանել են մի քանի գիտնականների: Այս մարդիկ հայտնի դարձան որպես «նահատակներֆտոր»:
Բացահայտում և արտադրություն
Վերջապես 1886 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Անրի Մոիսսանին հաջողվեց մեկուսացնել ֆտորը՝ հալված կալիումի ֆտորիդների և հիդրոֆտորաթթվի խառնուրդի էլեկտրոլիզի միջոցով։ Դրա համար նա արժանացել է քիմիայի Նոբելյան մրցանակի 1906 թ. Նրա էլեկտրոլիտիկ մոտեցումն այսօր էլ շարունակում է օգտագործվել այս քիմիական տարրի արդյունաբերական արտադրության համար։
Ֆտորի առաջին լայնածավալ արտադրությունը սկսվեց Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ: Այն պահանջվում էր Մանհեթենի նախագծի շրջանակներում ատոմային ռումբի ստեղծման փուլերից մեկի համար։ Ֆտորն օգտագործվել է ուրանի հեքսաֆտորիդ ստանալու համար (UF6), որն իր հերթին օգտագործվել է երկու իզոտոպները բաժանելու համար՝ 235U ևմիմյանցից 238U. Այսօր միջուկային էներգիայի համար հարստացված ուրան արտադրելու համար անհրաժեշտ է գազային UF6:
Ֆտորի ամենակարևոր հատկությունները
Պարբերական աղյուսակում տարրը գտնվում է 17 խմբի վերևում (նախկինում՝ 7A խումբ), որը կոչվում է հալոգեն։ Այլ հալոգենները ներառում են քլորը, բրոմը, յոդը և աստատինը: Բացի այդ, F-ը երկրորդ շրջանում է թթվածնի և նեոնի միջև։
Մաքուր ֆտորը քայքայիչ գազ է (քիմիական բանաձև F2) բնորոշ սուր հոտով, որը հայտնաբերվում է 20 նլ կոնցենտրացիայով մեկ լիտր ծավալի համար: Որպես բոլոր տարրերից ամենաակտիվ և էլեկտրաբացասականը, այն հեշտությամբ միացություններ է կազմում դրանց մեծ մասի հետ: Ֆտորը չափազանց ռեակտիվ է տարրական ձևով գոյություն ունենալու համար և ունի այդպիսինհարաբերակցությունը շատ նյութերի, ներառյալ սիլիցիումի հետ, որ այն հնարավոր չէ պատրաստել կամ պահել ապակե տարաներում: Խոնավ օդում այն փոխազդում է ջրի հետ՝ առաջացնելով նույնքան վտանգավոր հիդրոֆտորաթթու։
Ֆտորը, փոխազդելով ջրածնի հետ, պայթում է նույնիսկ ցածր ջերմաստիճանի և մթության մեջ: Այն բուռն արձագանքում է ջրի հետ՝ առաջացնելով ֆտորաթթու և թթվածնային գազ։ Տարբեր նյութեր, ներառյալ մանր ցրված մետաղները և ապակիները, վառ բոցով այրվում են գազային ֆտորի շիթով: Բացի այդ, այս քիմիական տարրը միացություններ է առաջացնում ազնիվ գազերի՝ կրիպտոնի, քսենոնի և ռադոնի հետ: Այնուամենայնիվ, այն ուղղակիորեն չի արձագանքում ազոտի և թթվածնի հետ:
Չնայած ֆտորի ծայրահեղ ակտիվությանը, այժմ հասանելի են դարձել դրա անվտանգ օգտագործման և տեղափոխման մեթոդները: Տարրը կարող է պահվել պողպատե կամ մոնելի (նիկելով հարուստ համաձուլվածքով) տարաներում, քանի որ այդ նյութերի մակերեսի վրա ձևավորվում են ֆտորիդներ, որոնք կանխում են հետագա ռեակցիաները։
Ֆտորիդներն այն նյութերն են, որոնցում ֆտորը առկա է որպես բացասական լիցքավորված իոն (F-) դրական լիցքավորված որոշ տարրերի հետ համատեղ: Մետաղների հետ ֆտորի միացությունները ամենակայուն աղերից են։ Ջրի մեջ լուծվելիս դրանք բաժանվում են իոնների։ Ֆտորի այլ ձևեր են բարդույթները, օրինակ՝ [FeF4]-, և H2F+.
Իզոտոպներ
Այս հալոգենի շատ իզոտոպներ կան՝ սկսած 14F-ից մինչև 31F: Բայց ֆտորի իզոտոպային կազմը ներառում է դրանցից միայն մեկը.19F, որը պարունակում է 10 նեյտրոն, քանի որ այն միակն է, որ կայուն է: 18F ռադիոակտիվ իզոտոպը պոզիտրոնների արժեքավոր աղբյուր է։
Կենսաբանական ազդեցություն
Օրգանիզմում ֆտորը հիմնականում հայտնաբերվում է ոսկորներում և ատամներում՝ իոնների տեսքով։ Խմելու ջրի ֆտորացումը մեկ միլիոնից պակաս կոնցենտրացիայով էապես նվազեցնում է կարիեսի հաճախականությունը»,- ասվում է Միացյալ Նահանգների Գիտությունների ազգային ակադեմիայի Ազգային հետազոտական խորհրդի կողմից: Մյուս կողմից, ֆտորի չափից ավելի կուտակումը կարող է հանգեցնել ֆտորոզի, որն արտահայտվում է խայտաբղետ ատամներով։ Այս էֆեկտը սովորաբար նկատվում է այն տարածքներում, որտեղ այս քիմիական տարրի պարունակությունը խմելու ջրի մեջ գերազանցում է 10 պրոմիլ/րոպե կոնցենտրացիան:
Տարրական ֆտորին և ֆտորիդային աղերը թունավոր են և պետք է դրանց հետ վարվել մեծ խնամքով: Պետք է զգուշորեն խուսափել մաշկի կամ աչքերի հետ շփումից: Մաշկի հետ ռեակցիան առաջացնում է հիդրոֆտորաթթու, որն արագ թափանցում է հյուսվածքներ և արձագանքում ոսկորների կալցիումի հետ՝ ընդմիշտ վնասելով դրանք։
Բնապահպանական ֆտոր
Հանքանյութի ֆտորիտի տարեկան համաշխարհային արտադրությունը կազմում է մոտ 4 միլիոն տոննա, իսկ հետազոտված հանքավայրերի ընդհանուր հզորությունը կազմում է 120 միլիոն տոննա: Այս օգտակար հանածոների արդյունահանման հիմնական տարածքներն են Մեքսիկան, Չինաստանը և Արևմտյան Եվրոպան:
Ֆտորը բնականաբար հանդիպում է երկրի ընդերքում, որտեղ այն կարելի է գտնել ապարներում, ածուխում և կավում: Ֆտորիդները օդ են արտանետվում հողերի քամու էրոզիայի հետևանքով: Ֆտորը երկրակեղևի 13-րդ ամենաառատ քիմիական տարրն է՝ դրա պարունակությունըհավասար է 950 ppm: Հողերում նրա միջին կոնցենտրացիան մոտ 330 ppm է։ Արդյունաբերական այրման գործընթացների արդյունքում ջրածնի ֆտորիդը կարող է արտանետվել օդ: Օդում գտնվող ֆտորիդներն ի վերջո ընկնում են գետնին կամ ջրի մեջ: Երբ ֆտորը կապվում է շատ փոքր մասնիկների հետ, այն կարող է երկար ժամանակ մնալ օդում։
Մթնոլորտում այս քիմիական տարրի 0,6 միլիարդերորդ մասը առկա է աղի մառախուղի և օրգանական քլորի միացությունների տեսքով: Քաղաքային բնակավայրերում համակենտրոնացումը հասնում է 50 մասի մեկ միլիարդի համար։
Միացումներ
Ֆտորը քիմիական տարր է, որը կազմում է օրգանական և անօրգանական միացությունների լայն տեսականի: Քիմիկոսները կարող են դրանով փոխարինել ջրածնի ատոմները՝ դրանով իսկ ստեղծելով բազմաթիվ նոր նյութեր։ Բարձր ռեակտիվ հալոգենը միացություններ է առաջացնում ազնիվ գազերի հետ: 1962 թվականին Նիլ Բարթլետը սինթեզեց քսենոն հեքսաֆտորպլատինատը (XePtF6): Ստացվել են նաև կրիպտոնի և ռադոնի ֆտորիդներ։ Մեկ այլ միացություն արգոն ֆտորհիդրիդն է, որը կայուն է միայն ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում:
Արդյունաբերական հավելվածներ
Իր ատոմային և մոլեկուլային վիճակում ֆտորն օգտագործվում է պլազմայի փորագրման համար՝ կիսահաղորդիչների, հարթ վահանակի էկրանների և միկրոէլեկտրամեխանիկական համակարգերի արտադրության մեջ: Ֆտորաջրածնային թթուն օգտագործվում է լամպերի և այլ ապրանքների մեջ ապակի փորագրելու համար:
Իր որոշ միացությունների հետ մեկտեղ ֆտորը կարևոր բաղադրիչ է դեղագործական, ագրոքիմիական, վառելիքի և քսանյութերի արտադրության մեջ։նյութեր և տեքստիլ. Քիմիական տարրն անհրաժեշտ է հալոգենացված ալկաններ (հալոններ) արտադրելու համար, որոնք, իրենց հերթին, լայնորեն կիրառվում էին օդորակման և սառնարանային համակարգերում։ Հետագայում քլորֆտորածխածինների նման օգտագործումն արգելվեց, քանի որ դրանք նպաստում են մթնոլորտի վերին շերտի օզոնային շերտի քայքայմանը։
Ծծմբի հեքսաֆտորիդը չափազանց իներտ, ոչ թունավոր գազ է, որը դասակարգվում է որպես ջերմոցային գազ: Առանց ֆտորի, ցածր շփման պլաստմասսաների արտադրությունը, ինչպիսին տեֆլոնն է, հնարավոր չէ: Շատ անզգայացնող միջոցներ (օրինակ՝ սևոֆլուրան, դեսֆլուրան և իզոֆլուրան) CFC ածանցյալներ են: Նատրիումի hexafluoroaluminate (կրիոլիտ) օգտագործվում է ալյումինի էլեկտրոլիզում:
Ֆտորային միացությունները, ներառյալ NaF-ը, օգտագործվում են ատամի մածուկների մեջ՝ կանխելու ատամների քայքայումը: Այս նյութերը ավելացվում են քաղաքային ջրամատակարարումներին՝ ջրի ֆտորացում ապահովելու համար, սակայն պրակտիկան համարվում է հակասական՝ մարդու առողջության վրա ազդեցության պատճառով: Ավելի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում NaF-ն օգտագործվում է որպես միջատասպան միջոց, հատկապես ուտիճների դեմ պայքարի համար:
Նախկինում ֆտորիդներն օգտագործվում էին մետաղների և հանքաքարերի հալման ջերմաստիճանը նվազեցնելու և դրանց հեղուկությունը մեծացնելու համար: Ֆտորը կարևոր բաղադրիչ է ուրանի հեքսաֆտորիդի արտադրության մեջ, որն օգտագործվում է նրա իզոտոպների առանձնացման համար։ 18F, ռադիոակտիվ իզոտոպ, որի կես կյանքը 110 րոպե է, արտանետում է պոզիտրոններ և հաճախ օգտագործվում է բժշկական պոզիտրոնային էմիսիոն տոմոգրաֆիայում:
Ֆտորի ֆիզիկական հատկություններ
Հիմնական բնութագրերքիմիական տարրը հետևյալն է՝
- Ատոմային զանգված 18,9984032 գ/մոլ.
- Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա 1s22s22p5.
- Օքսիդացման վիճակ -1.
- Խտություն 1,7 գ/լ.
- Հալման կետ 53.53 Կ.
- Եռման կետ 85.03 Կ.
- Ջերմային հզորություն 31,34 J/(K mol).
