Особенности фтора
Самый активный элемент
Фтор был известен в виде соединений задолго до того, как его удалось выделить. Семьдесят лет попыток стоили здоровья многим химикам: Дэви и братья Нокс тяжело отравились, бельгиец Луйе и француз Никлес погибли. Их называют «мучениками фтора».
history_eduМуассан
Анри Муассан в 1886 году получил фтор электролизом раствора фторида калия в жидком фтороводороде при −23 °C в платиновом приборе с пробками из флюорита. Нобелевская премия 1906 года. Сегодня фтор получают электролизом расплава \(\ce{KF*2HF}\) при 70–100 °C: на угольном аноде \(\ce{2F- - 2e- -> F2}\), на стальном катоде — водород.
Химическим путём получить фтор долго считали невозможным: нет окислителя сильнее. Лишь в 1986 году Карл Кристе нашёл обходной путь: \(\ce{K2MnF6 + 2SbF5 -> 2KSbF6 + MnF3 + 1/2F2}\) — кислота Льюиса отнимает фторид у неустойчивого \(\ce{MnF4}\).
scienceФтор реагирует почти со всем
- \(\ce{2F2 + 2H2O -> 4HF + O2}\) — вода горит во фторе (частично образуется \(\ce{OF2}\) и озон).
- \(\ce{Xe + F2 ->[t] XeF2}\) — даже благородный газ.
- \(\ce{S + 3F2 -> SF6}\) — сера сразу в высшей степени окисления.
- \(\ce{2F2 + SiO2 -> SiF4 + O2}\) — горит даже песок.
- \(\ce{Ni + F2 -> NiF2}\) — плотная плёнка защищает металл: фтор хранят в никелевой и монелевой посуде.
errorФтор и тефлон
Политетрафторэтилен (тефлон) устойчив к фтору: у него все связи C–H уже заменены на C–F. Поэтому тефлон — материал прокладок в работе с фтором и \(\ce{UF6}\).
Фтороводород и фториды
Фтороводородная (плавиковая) кислота — слабая (\(pK_a = 3{,}2\)), хотя фтор — самый электроотрицательный элемент. Причины: очень прочная связь H–F (570 кДж/моль) и прочные водородные связи между \(\ce{F-}\) и \(\ce{H3O+}\) в растворе (ионная пара).
С ростом концентрации кислотность растёт: фторид связывается с молекулой HF в ион гидродифторида \(\ce{[F-H-F]-}\) с симметричной, очень прочной водородной связью:
Соль \(\ce{KHF2}\) — удобный твёрдый источник HF.
scienceФтороводород в реакциях
- \(\ce{CaF2 + H2SO4 (конц) ->[t] CaSO4 + 2HF ^}\) — получение из плавикового шпата.
- \(\ce{SiO2 + 4HF -> SiF4 ^ + 2H2O}\) — травление стекла (газообразный тетрафторид).
- \(\ce{SiO2 + 6HF -> H2SiF6 + 2H2O}\) — в растворе с избытком HF.
- \(\ce{KF + HF -> KHF2}\).
auto_awesomeОпасная кислота
Плавиковая кислота проникает сквозь кожу, не вызывая сразу сильной боли, и связывает кальций тканей в \(\ce{CaF2}\). Ожог площадью с ладонь концентрированной кислотой может быть смертельным. Первая помощь — гель глюконата кальция.
Фторокомплексы и высшие степени окисления
Маленький, жёсткий, трудно окисляемый фторид-ион образует прочные комплексы и стабилизирует высшие степени окисления других элементов: окислить фторид невозможно, а место вокруг центрального атома находится для многих малых лигандов.
| Соединение | Особенность |
|---|---|
| \(\ce{SF6}\) | инертный газ-изолятор в высоковольтной технике |
| \(\ce{IF7}\) | иод +7, пентагональная бипирамида |
| \(\ce{UF6}\) | летучий (возгоняется при 56 °C) — разделение изотопов урана |
| \(\ce{PtF6}\) | окисляет даже \(\ce{O2}\): \(\ce{O2 + PtF6 -> O2+[PtF6]-}\) |
| \(\ce{[AlF6]^3-}\) | криолит — растворитель глинозёма |
| \(\ce{[BF4]-}\), \(\ce{[PF6]-}\) | «некоординирующие» анионы, электролиты литиевых аккумуляторов |
auto_awesomeУран и центрифуги
Гексафторид урана — единственное удобное летучее соединение урана. Молекулы \(\ce{^235UF6}\) и \(\ce{^238UF6}\) различаются по массе менее чем на 1 %; их разделяют в каскадах из тысяч газовых центрифуг. Повезло, что у фтора всего один стабильный изотоп — иначе разница масс «размазалась» бы.
scienceСоединения фтора с кислородом
- \(\ce{2F2 + 2NaOH (разб) -> OF2 + 2NaF + H2O}\) — дифторид кислорода, O +2.
- \(\ce{O2 + F2 ->[разряд, -183 °C] O2F2}\) — «FOOF», один из сильнейших окислителей: взрывается с органикой даже при −150 °C.
push_pinГлавное
Фтор получают только электролизом (расплав \(\ce{KF*2HF}\), Муассан, 1886): нет окислителя сильнее. Он реагирует почти со всеми веществами, в том числе с водой (\(\ce{2F2 + 2H2O -> 4HF + O2}\)), ксеноном, стеклом; никель и монель защищены фторидной плёнкой. \(\ce{HF}\) — слабая кислота (прочная связь H–F, водородные связи), но растворяет стекло и в концентрированном виде даёт \(\ce{HF2-}\). Фтор стабилизирует высшие степени окисления (\(\ce{SF6}\), \(\ce{IF7}\), \(\ce{PtF6}\), \(\ce{UF6}\)) и образует прочные фторокомплексы (\(\ce{[AlF6]^3-}\), \(\ce{[SiF6]^2-}\), \(\ce{[BF4]-}\)).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.