Сегодняшнюю статью мы посвятим химическому элементу под названием фтор. Сразу же хочу заявить, что если химия Вас утомляет, и Вы считаете, что фтор не представляет особого интереса, прошу Вас, друг мой, продолжайте читать. Потому что уверяю – Вы абсолютно неправы.
Почему? Да потому что самый реактивный элемент из всех, самый электроотрицательный из всех и один из самых опасных химических элементов – это именно фтор!
Активный фтор
Этот элемент имеет атомный номер 9. Это означает, что его ядро имеет 9 протонов. И, за исключением случаев ионизации, атом фтора имеет 9 электронов вокруг ядра. Надеюсь, Вы помните из предыдущих статей серии, что первая электронная оболочка может содержать два электрона, а вторая — восемь. Так вот. У фтора первая оболочка полная, а на второй – 7 электронов. И ему нужен только один, чтобы заполнить её!
В этом и состоит ключ к разгадке свойств фтора. Для обретения стабильности его атому нужен только один электрон (кислороду нужно два). И это такой маленький атом, что его электроны находятся очень близко к ядру, и, соответственно, очень близки к протонам. Эти две атомные характеристики делают фтор очень «жадным до электронов». Как мы уже отмечали, нет другого элемента, столь же реактивного и столь жадного до электронов, как фтор. Чего там говорить: он реагирует даже с инертными газами, которые ни реагируют больше ни с чем!
По этой причине фтор был идентифицирован как химический элемент сравнительно недавно. В чистом виде его встретить в природе невозможно. Поскольку, как уже отмечалось выше, он настолько активен, что быстро образует соединения почти со всем, что попадается ему на пути. Почти в любой ситуации.
Первым, кто встал на путь к открытию фтора, был немец Георгиус Агрикола (прозванный «отцом минералогии»), который около 1530 года подробно изучил горную породу, называемую флюоритом. Сегодня мы знаем, что флюорит – это фторид кальция, CaF2. Агрикола отметил, что эта порода очень легко плавится (фактически её название происходит от латинского fluere, «течь», потому что её можно заставить течь, нагревая), и описал, что флюорит можно использовать в качестве флюса, то есть вещества, используемого для пайки металлов или минералов.
Но прошли столетия, прежде чем химикам удалось узнать главные секреты флюорита: многих из них очень интересовала не сама порода минерала, а полученное из него вещество – плавиковая кислота.
Смертельный
Шееле, Хамфри Дэви, Гей-Люссак, Лавуазье, Тенар… почти все великие химики столетия после Агриколы экспериментировали с фтористоводородной кислотой. Но никто из них не знал о наличии в ней неизвестного крайне активного элемента.
Химики, конечно, не были дураками. Вскоре они начали догадываться, что эта кислота содержит какой-то ещё не открытый химический элемент. И тут же удвоили усилия по его выделению. И многие из них при этом погибли…
Эти люди умерли потому, что как мы уже говорили выше, фтор – сильнейший из существующих окислителей. И, как следствие, чрезвычайно активен. Он настолько активен, что если поместить каплю воды в струю газообразного фтора, она «загорится» ярким пламенем!
Многие химики пытались выделить этот элемент из плавиковой кислоты. И большинство из них при этом получали ужасные травмы. Или, как говорилось выше, вовсе умерли. Этих химиков сегодня иногда называют «мучениками фтора».
Спустя 74 года после всех химиков, которые были сожжены, ослеплены или убиты этим смертоносным элементом, французу Фердинанду Фредерику Анри Муассану всё же удалось выделить фтор и не погибнуть. (Хотя потом он всё равно умер. Правда от аппендицита, когда ему было всего 54 года).
Муассан за свой подвиг был удостоен Нобелевской премии по химии за 1906 год.
Кстати, его система добычи фтора и сегодня широко используется и не претерпела принципиальных изменений: это электролиз фтористого водорода.
Двухатомный
Когда организуется производство чистого фтора, его после получения необходимо содержать в инертной атмосфере в ёмкостях, изготовленных из каких-то пассивированных материалов, имеющих на своей поверхности защитную оксидную плёнку. Но даже в этом случае фтор недолго находится в чистом виде. Поэтому лучше всего его производить незадолго до использования.
И, конечно же, всегда держитесь от него подальше. Будьте осторожны с фтором!
Но как выглядит чистый фтор? Это двухатомный газ светло-зелёного цвета.
Если Вы находитесь сейчас в комнате с концентрированным газообразным фтором, то Вы уже мертвы. Практически любое органическое вещество в газообразном фторе окисляется с гигантской скоростью, выделяя при этом много тепла. По сути, в присутствии чистого фтора Вы будете просто гореть.
Но смертелен не только чистый элемент. Фтористоводородная (плавиковая) кислота тоже является крайне опасным веществом. Как и многие другие кислоты, она вызывает ожоги кожи. Однако плавиковая кислота имеет еще более коварные свойства, и если её концентрация не слишком велика, то эффекты незаметны до истечения определённого времени (до 24 часов). При этом Вы можете даже не осознавать, как она медленно Вас сжигает.
Кроме того, ожоги плавиковой кислотой всегда очень глубоки, поскольку она способна гораздо эффективнее проникать в слои жировой ткани, чем другие кислоты (например, серная). Воздействия плавиковой кислоты на 2,5% кожи человека достаточно, чтобы убить его.
Итак, теперь Вам понятно, почему наш организм использует кислород в качестве окислителя, при том, что фтор гораздо эффективнее в этом смысле? Правильный ответ таков: соединение кислорода и водорода (вода) гораздо менее агрессивно, чем плавиковая кислота.
(Пламенный привет Ивану Антоновичу Ефремову!)
Но как насчёт зубной пасты? Разве мы все не должны быть уже мертвы?
Полезный
Вы сейчас удивитесь: зубная паста не содержит свободного фтора: она содержит соль фтора, обычно это фторид натрия. Дело в том, что в этом химическом соединении фтор уже получил нужный ему электрон от натрия, поэтому ему незачем реагировать с чем-либо еще. И поэтому он не опасен. А очень даже полезен. Поскольку фторид натрия помогает образовывать в зубах фторапатит, составляющую зубной эмали. Именно поэтому он и входит в состав зубной пасты.
Для чего же ещё используется фтор? Конечно же для того, что он умеет делать лучше всего на свете: разъедать почти любой материал. Это свойство фтора используется, например, для изготовления полупроводников, в случае, когда требуется высокая точность, а также для гравировки на стекле.
Чистый фтор также используется для производства соединений, очень полезных из-за своей «скользкости» (хотя есть некоторые опасения по поводу его безвредности для здоровья). Это политетрафторэтилен, который мы знаем под торговым названием тефлон, и который используется для изготовления сковородок.
Поскольку фтор реагирует практически со всем, существует множество его химических соединений. И многие из них оказались очень полезны. Фторхлоруглеводороды применяют в холодильных установках, гексафторалюминат натрия (криолит) применяют при электролизе алюминия, сам фторид натрия в высоких концентрациях применяют как инсектицид и так далее.
Таким образом, фтор – это не просто «нечто», которое содержится в зубной пасте. Это один из самых интересных элементов таблицы Менделеева.