Фтор
О существовании элемента, который впоследствии был назван фтором (от греческого «фторос» — разрушение, гибель), догадывались многие химики конца XVIII — начала XIX в., но получить его в чистом виде из-за его необычной активности долго не удавалось. В истории фтора немало трагических страниц: многие ученые, которые изучали соединения фтора, теряли здоровье и даже гибли, потому что фтор и его соединения чрезвычайно ядовиты. Одно из самых интересных соединений фтора — плавиковая кислота HF была получена в 1771 г. шведским химиком К. Шееле. Постепенно крепло убеждение, что в веществе, открытом Шееле, содержится новый элемент, похожий на хлор. Но прошло больше ста лет, прежде чем химики выделили наконец этот элемент. Произошло это в 1886 г. Первооткрывателем свободного фтора стал французский химик А. Муассан. Чтобы получить фтор, Муассан подверг электролизу охлажденный до —23°С безводный фтороводород и собрал на аноде несколько пузырьков желтого газа. Электроды в приборе Муассана были сделаны из химически стойкого платиноиридиевого сплава, но и его разрушал агрессивный газ.
Муассан должен был подтвердить свое открытие, получив фтор в присутствии комиссии, присланной Парижской Академией наук. Он очистил фтороводо-род со всей тщательностью, установил новые электроды, включил ток и — ничего не получил. Оказалось, что помешала опыту слишком тщательная очистка исходного вещества: электролиз происходил лишь в присутствии гидродифторида калия KHF2.
Спустя 20 лет за это открытие Муассан был удостоен Нобелевской премии по химии. Электролиз и поныне остается единственным способом получения фтора.
Фтор распространен в природе довольно широко. Его содержание в земной коре 6,25•10-2% от общей массы. Свободный фтор в природе фактически не встречается. Основной его минерал — флюорит, или плавиковый шпат CaF2; фтор входит также в состав фосфоритов, фторапатита 3Ca3(PO4)2•CaF2, криолита Na3АlFб.
Фтор — элемент, расположенный в таблице Менделеева «на полюсе» неметаллических свойств. Это самый активный, самый реакционноспособный окислитель. Даже кислород окисляется фтором. Химическая активность фтора такова, что инертные газы (криптон, ксенон, радон), долгое время считавшиеся не способными к каким-либо химическим реакциям, вступают в соединения с ним.
Чрезвычайная реакционная способность фтора объясняется особенностями строения его атома. Как и у других галогенов, на внешней оболочке атома фтора 7 электронов: для создания устойчивой электронной конфигурации — октета — не хватает лишь одного. И этот электрон атом фтора «отбирает» у любых веществ, даже у кислорода, других галогенов. У них, как и у фтора, по 7 электронов на последней оболочке, но расположена она дальше от ядра, и оттого ядро слабее притягивает валентные электроны. Поэтому и иод, и бром, и даже хлор иногда могут проявлять положительную степень окисления, а фтор — очень редко.
Фтор реагирует почти со всеми простыми веществами, кроме гелия, аргона, неона, азота и углерода (в виде алмаза). В результате многих реакций с участием фтора выделяется большое количество тепла, а некоторые из этих реакций имеют характер взрыва.
Многие фторсодержащие вещества очень важны для современной науки и техники. Например, фторо-водород (плавиковая кислота — его водный раствор) широко применяется в авиационной, химической, целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве стекла и некоторых металлов.
Плавиковый шпат CaF2 (флюорит) — одна из важнейших солей плавиковой кислоты. Поскольку это достаточно распространенный минерал, его используют для получения HF и искусственного криолита — двойного фторида натрия и алюминия 3NaF•AlF3. Криолит незаменим в производстве алюминия.
Для атомной энергетики важны соединения фтора с другими галогенами: ClF3, BrF, BrF5. С помощью этих соединений получают гексафторид урана UF6 — единственное летучее соединение урана (температура возгонки всего 56,5° С). Изотопы урана разделяют, превратив урановые концентраты в летучий гексафторид.
Фтор вступает в реакции и с органическими веществами. Правда, на практике для таких реакций обычно используют не сам фтор, а его неорганические соединения. Из органических фторсодержащих соединений наибольшее значение приобрели фреоны, получающиеся из углеводородов при замене в их молекулах водородных атомов на фтор и хлор. Фреоны работают в холодильниках, в установках для кондиционирования воздуха. В домашних холодильниках охлаждение обычно достигается испарением в замкнутом пространстве холодильного агрегата одного из таких соединений — фреона-12 CF2Cl2.
Очень важно еще одно фторсодержащее органическое соединение — тетрафторэтилен C2F4. При полимеризации этого вещества образуется отличающийся чрезвычайной химической стойкостью фторопласт-4, или тефлон, впервые полученный в 1938 г. Царская водка — смесь концентрированных соляной и азотной кислот в пропорции 3:1 — растворяет почти все металлы, в том числе золото и платину. А на фтор-пласт-4 она практически не действует. За необычайную химическую стойкость это белое легкое вещество иногда называют пластмассовой платиной.
