Fluorin - apakah itu? Sifat fluorin - Pendidikan menengah dan sekolah 2024

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Fluorin ialah unsur kimia (simbol F, nombor atom 9), bukan logam yang tergolong dalam kumpulan halogen. Ia adalah bahan yang paling aktif dan elektronegatif. Pada suhu dan tekanan biasa, molekul fluorin ialah gas beracun kuning pucat dengan formula F₂. Seperti halida lain, molekul fluorin sangat berbahaya dan menyebabkan luka bakar kimia yang teruk apabila terkena kulit.

Gunakan

Fluorin dan sebatiannya digunakan secara meluas, termasuk untuk pengeluaran farmaseutikal, agrokimia, bahan api dan pelincir dan tekstil. Asid hidrofluorik digunakan untuk mengetsa kaca, manakala plasma fluorin digunakan untuk menghasilkan semikonduktor dan bahan lain. Kepekatan ion F yang rendah dalam ubat gigi dan air minuman boleh membantu mencegah karies gigi, manakala kepekatan yang lebih tinggi ditemui dalam beberapa racun serangga. Banyak anestetik am adalah derivatif hidrofluorokarbon. Isotop ¹⁸F ialah sumber positron untuk mendapatkan perubatanpengimejan tomografi pelepasan positron, dan uranium heksafluorida digunakan untuk memisahkan isotop uranium dan menghasilkan uranium yang diperkaya untuk loji kuasa nuklear.

Sejarah penemuan

Mineral yang mengandungi sebatian fluorin telah diketahui bertahun-tahun sebelum pengasingan unsur kimia ini. Sebagai contoh, mineral fluorspar (atau fluorit), yang terdiri daripada kalsium fluorida, telah diterangkan pada tahun 1530 oleh George Agricola. Dia menyedari bahawa ia boleh digunakan sebagai fluks, bahan yang membantu menurunkan takat lebur logam atau bijih dan membantu membersihkan logam yang dikehendaki. Oleh itu, fluorin mendapat nama Latinnya daripada perkataan fluere (“mengalir”).

Pada tahun 1670, peniup kaca Heinrich Schwanhard mendapati bahawa kaca telah terukir oleh tindakan kalsium fluorida (fluorspar) yang dirawat dengan asid. Carl Scheele dan ramai penyelidik kemudiannya, termasuk Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, bereksperimen dengan asid hidrofluorik (HF), yang mudah diperoleh dengan merawat CaF dengan asid sulfurik pekat.

Pada akhirnya, menjadi jelas bahawa HF mengandungi unsur yang tidak diketahui sebelum ini. Walau bagaimanapun, disebabkan kereaktifannya yang berlebihan, bahan ini tidak dapat diasingkan selama bertahun-tahun. Ia bukan sahaja sukar untuk diasingkan daripada sebatian, tetapi ia segera bertindak balas dengan komponen lain mereka. Pengasingan unsur fluorin daripada asid hidrofluorik sangat berbahaya, dan percubaan awal membutakan dan membunuh beberapa saintis. Mereka ini dikenali sebagai syahidfluorin.”

Penemuan dan pengeluaran

Akhirnya, pada tahun 1886, ahli kimia Perancis Henri Moissan berjaya mengasingkan fluorin melalui elektrolisis campuran kalium fluorida cair dan asid hidrofluorik. Untuk ini dia dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Kimia 1906. Pendekatan elektrolitiknya terus digunakan hari ini untuk pengeluaran industri unsur kimia ini.

Pengeluaran fluorin berskala besar pertama bermula semasa Perang Dunia II. Ia diperlukan untuk salah satu peringkat mencipta bom atom sebagai sebahagian daripada Projek Manhattan. Fluorin digunakan untuk menghasilkan uranium heksafluorida (UF₆), yang seterusnya digunakan untuk memisahkan dua isotop ²³⁵U danantara satu sama lain 238^{U. Hari ini, gas UF}6 _{diperlukan untuk menghasilkan uranium yang diperkaya untuk tenaga nuklear.}

Sifat fluorin yang paling penting

Dalam jadual berkala, unsur berada di bahagian atas kumpulan 17 (dahulu kumpulan 7A), yang dipanggil halogen. Halogen lain termasuk klorin, bromin, iodin dan astatin. Selain itu, F berada dalam tempoh kedua antara oksigen dan neon.

Fluorin tulen ialah gas menghakis (formula kimia F₂) dengan ciri bau pedas yang terdapat pada kepekatan 20 nl seliter isipadu. Sebagai unsur yang paling reaktif dan elektronegatif, ia mudah membentuk sebatian dengan kebanyakannya. Fluorin terlalu reaktif untuk wujud dalam bentuk unsur dan mempunyai sedemikianpertalian dengan kebanyakan bahan, termasuk silikon, bahawa ia tidak boleh disediakan atau disimpan dalam bekas kaca. Dalam udara lembap, ia bertindak balas dengan air untuk membentuk asid hidrofluorik yang sama berbahaya.

Fluorin, berinteraksi dengan hidrogen, meletup walaupun pada suhu rendah dan dalam gelap. Ia bertindak balas dengan kuat dengan air untuk membentuk asid hidrofluorik dan gas oksigen. Pelbagai bahan, termasuk logam dan gelas yang tersebar halus, terbakar dengan nyalaan terang dalam pancutan fluorin gas. Selain itu, unsur kimia ini membentuk sebatian dengan gas mulia kripton, xenon dan radon. Walau bagaimanapun, ia tidak bertindak balas secara langsung dengan nitrogen dan oksigen.

Walaupun aktiviti melampau fluorin, kaedah untuk pengendalian dan pengangkutan yang selamat kini telah tersedia. Unsur tersebut boleh disimpan dalam bekas keluli atau monel (aloi kaya nikel), kerana fluorida terbentuk pada permukaan bahan ini, yang menghalang tindak balas selanjutnya.

Fluorida ialah bahan yang mengandungi fluorin sebagai ion bercas negatif (F^-) dalam kombinasi dengan beberapa unsur bercas positif. Sebatian fluorin dengan logam adalah antara garam yang paling stabil. Apabila dibubarkan dalam air, ia dibahagikan kepada ion. Bentuk fluorin lain ialah kompleks, contohnya, [FeF₄]^-, dan H₂F+.

Isotop

Terdapat banyak isotop halogen ini, antara ¹⁴F hingga ³¹F. Tetapi komposisi isotop fluorin termasuk hanya satu daripada mereka,¹⁹F, yang mengandungi 10 neutron, kerana ia adalah satu-satunya yang stabil. Isotop radioaktif ¹⁸F ialah sumber positron yang berharga.

Kesan biologi

Fluorin dalam badan terutamanya terdapat dalam tulang dan gigi dalam bentuk ion. Fluoridasi air minuman pada kepekatan kurang daripada satu bahagian per juta dengan ketara mengurangkan kejadian karies - menurut Majlis Penyelidikan Kebangsaan Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat. Sebaliknya, pengumpulan fluorida yang berlebihan boleh menyebabkan fluorosis, yang menunjukkan dirinya dalam gigi berbintik-bintik. Kesan ini biasanya diperhatikan di kawasan di mana kandungan unsur kimia ini dalam air minuman melebihi kepekatan 10 ppm.

Garam fluorin dan fluorida unsur adalah toksik dan harus dikendalikan dengan berhati-hati. Sentuhan dengan kulit atau mata hendaklah dielakkan dengan berhati-hati. Tindak balas dengan kulit menghasilkan asid hidrofluorik, yang cepat menembusi tisu dan bertindak balas dengan kalsium dalam tulang, merosakkannya secara kekal.

Fluorin alam sekitar

Pengeluaran tahunan dunia bagi mineral fluorit adalah kira-kira 4 juta tan, dan jumlah kapasiti deposit yang diterokai adalah dalam lingkungan 120 juta tan. Kawasan perlombongan utama bagi mineral ini ialah Mexico, China dan Eropah Barat.

Fluorin berlaku secara semula jadi di dalam kerak bumi, di mana ia boleh ditemui dalam batu, arang batu dan tanah liat. Fluorida dilepaskan ke udara melalui hakisan angin tanah. Fluorin adalah unsur kimia ke-13 paling banyak dalam kerak bumi - kandungannyabersamaan dengan 950 ppm. Dalam tanah, kepekatan puratanya adalah kira-kira 330 ppm. Hidrogen fluorida boleh dilepaskan ke udara hasil daripada proses pembakaran industri. Fluorida yang berada di udara akhirnya jatuh ke tanah atau ke dalam air. Apabila fluorin terikat dengan zarah yang sangat kecil, ia boleh kekal di udara untuk jangka masa yang lama.

Di atmosfera, 0.6 bilion unsur kimia ini terdapat dalam bentuk kabus garam dan sebatian klorin organik. Di kawasan bandar, kepekatan mencecah 50 bahagian setiap bilion.

Sambungan

Fluorin ialah unsur kimia yang membentuk pelbagai sebatian organik dan bukan organik. Ahli kimia boleh menggantikan atom hidrogen dengannya, dengan itu mencipta banyak bahan baharu. Halogen yang sangat reaktif membentuk sebatian dengan gas mulia. Pada tahun 1962, Neil Bartlett mensintesis xenon hexafluoroplatinate (XePtF6). Krypton dan radon fluorida juga telah diperolehi. Sebatian lain ialah argon fluorohydride, yang stabil hanya pada suhu yang sangat rendah.

Aplikasi industri

Dalam keadaan atom dan molekulnya, fluorin digunakan untuk etsa plasma dalam penghasilan semikonduktor, paparan panel rata dan sistem mikroelektromekanikal. Asid hidrofluorik digunakan untuk menggores kaca dalam lampu dan produk lain.

Bersama dengan beberapa sebatiannya, fluorin ialah komponen penting dalam pengeluaran farmaseutikal, agrokimia, bahan api dan pelincirbahan dan tekstil. Unsur kimia diperlukan untuk menghasilkan alkana (halon) terhalogen, yang seterusnya digunakan secara meluas dalam sistem penghawa dingin dan penyejukan. Kemudian, penggunaan klorofluorokarbon sedemikian telah diharamkan kerana ia menyumbang kepada pemusnahan lapisan ozon di atmosfera atas.

Sulfur hexafluoride ialah gas tidak toksik yang sangat lengai yang dikelaskan sebagai gas rumah hijau. Tanpa fluorin, penghasilan plastik geseran rendah seperti Teflon tidak mungkin. Banyak ubat bius (cth sevoflurane, desflurane dan isoflurane) adalah derivatif CFC. Sodium hexafluoroaluminate (kriolit) digunakan dalam elektrolisis aluminium.

Sebatian fluorida, termasuk NaF, digunakan dalam ubat gigi untuk mengelakkan kerosakan gigi. Bahan-bahan ini ditambah kepada bekalan air perbandaran untuk menyediakan pemfluoridaan air, namun amalan itu dianggap kontroversi kerana kesannya terhadap kesihatan manusia. Pada kepekatan yang lebih tinggi, NaF digunakan sebagai racun serangga, terutamanya untuk kawalan lipas.

Pada masa lalu, fluorida digunakan untuk menurunkan takat lebur logam dan bijih serta meningkatkan kecairannya. Fluorin adalah komponen penting dalam pengeluaran uranium heksafluorida, yang digunakan untuk memisahkan isotopnya. ¹⁸F, isotop radioaktif dengan separuh hayat 110 minit, mengeluarkan positron dan sering digunakan dalam tomografi pelepasan positron perubatan.