Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov<< Kislorod | Oglavlenie | Neon >>
Ftor
Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002
Samyi aktivnyi, samyi elektrootricatel'nyi, samyi reakcionno-sposobnyi, samyi agressivnyi element, samyi-samyi nemetall. Samyi, samyi, samyi... Eto slovo ili ego sinonimy nam pridetsya povtoryat' ochen' chasto.
Ved' rech' idet o ftore.
Na polyuse periodicheskoi sistemy
Ftor - element iz semeistva galogenov, v kotoroe vhodyat takzhe hlor, brom, iod i iskusstvenno poluchennyi radioaktivnyi astat. Ftoru svoistvenny vse osobennosti sobrat'ev po podgruppe, odnako on podoben cheloveku bez chuvstva mery: vse uvelicheno do krainosti, do predela. Eto ob'yasnyaetsya prezhde vsego polozheniem elementa N 9 v periodicheskoi sisteme i ego elektronnoi strukturoi. Ego mesto v tablice Mendeleeva - "polyus nemetallicheskih svoistv", pravyi verhnii ugol. Atomnaya model' ftora: zaryad yadra 9+, dva elektrona raspolozheny na vnutrennei obolochke, sem' - na vneshnei. Kazhdyi atom vsegda stremitsya k ustoichivomu sostoyaniyu. Dlya etogo emu nuzhno zapolnit' vneshnii elektronnyi sloi. Atom ftora v etom smysle - ne isklyuchenie. Zahvachen vos'moi elektron, i cel' dostignuta - obrazovan ion ftora s "nasyshennoi" vneshnei obolochkoi.
Chislo prisoedinennyh elektronov pokazyvaet, chto otricatel'naya valentnost' ftora ravna 1-; v otlichie ot prochih galogenov ftor ne mozhet proyavlyat' polozhitel'nuyu valentnost'.
Stremlenie k zapolneniyu vneshnego elektronnogo sloya do vos'mielektronnoi konfiguracii u ftora isklyuchitel'no veliko. Poetomu on obladaet neobychainoi reakcionnoi sposobnost'yu i obrazuet soedineniya pochti so vsemi elementami. Sovsem nedavno, v 50-h godah, bol'shinstvo himikov schitalo, i na to byli osnovaniya, chto blagorodnye gazy ne mogut obrazovyvat' istinnye himicheskie soedineniya. Odnako vskore tri iz shesti elementov "zatvornikov" ne smogli ustoyat' pered natiskom udivitel'no agressivnogo ftora. Nachinaya s 1962 g. polucheny ftoridy, a cherez nih - i drugie soedineniya kriptona, ksenona i radona.
Uderzhat' ftor ot reakcii ochen' trudno, no zachastuyu ne legche vyrvat' ego atomy iz soedinenii. Zdes' igraet rol' eshe odin faktor - ochen' malye razmery atoma i iona ftora. Oni primerno v poltora raza men'she, chem u hlora, i vdvoe men'she, chem u ioda.
Vliyanie razmera atoma galogena na ustoichivost' galogenidov legko prosledit' na primere galoidnyh soedinenii molibdena (tabl. 1).
Tablica 1. | ||||||||||
|
Ochevidno, chto chem bol'she razmery atomov galogena, tem men'she ih razmeshaetsya vokrug atoma molibdena. Maksimal'no vozmozhnaya valentnost' molibdena realizuetsya tol'ko v soedinenii s atomami ftora, malyi razmer kotoryh pozvolyaet "upakovat'" molekulu naibolee plotno.
Atomy ftora obladayut ochen' vysokoi elektrootricatel'nost'yu, t.e. sposobnost'yu prityagivat' elektrony; pri vzaimodeistvii s kislorodom ftor obrazuet soedineniya, v kotoryh kislorod zaryazhen polozhitel'no. Goryachaya voda sgoraet v strue ftora s obrazovaniem kisloroda. Ne pravda li, isklyuchitel'nyi sluchai? Kislorod okazalsya vdrug ne prichinoi, a sledstviem goreniya.
Ne tol'ko voda, no i drugie obychno negoryuchie materialy, takie, kak asbest, kirpich, mnogie metally, zagorayutsya v strue ftora. Brom, iod, sera, selen, tellur, fosfor, mysh'yak, sur'ma, kremnii, drevesnyi ugol' samovosplamenyayutsya vo ftore uzhe pri obychnoi temperature, a pri nebol'shom nagrevanii ta zhe uchast' postigaet i blagorodnye platinovye metally, izvestnye svoei himicheskoi passivnost'yu.
Poetomu ne udivitel'no samo nazvanie ftora. V perevode s grecheskogo eto slovo oznachaet "razrushayushii".
Ftor ili flyuor?
Ftor - razrushayushii - udivitel'no podhodyashee nazvanie. Odnako za rubezhom bolee rasprostraneno drugoe imya elementa N 9 - flyuor, chto v perevode s latinskogo oznachaet "tekuchii".
Eto nazvanie bol'she podhodit ne k ftoru, a k nekotorym ego soedineniyam i beret svoe nachalo ot flyuorita ili plavikovogo shpata - pervogo soedineniya ftora, ispol'zovannogo chelovekom. Po-vidimomu, eshe v drevnosti lyudi znali o sposobnosti etogo minerala snizhat' temperaturu plavleniya rud i metallurgicheskih shlakov, no, estestvenno, ne znali ego sostava. Flyuorom nazvali glavnuyu sostavnuyu chast' etogo minerala, eshe neizvestnyi element.
Eto nazvanie nastol'ko ukorenilos' v umah uchenyh, chto logicheski opravdannoe predlozhenie o pereimenovanii elementa, vydvinutoe v 1816 g. ne nashlo podderzhki. A ved' v eti gody shli usilennye poiski flyuora, uzhe bylo nakopleno nemalo eksperimental'nyh dannyh, podtverzhdavshih razrushitel'nye sposobnosti flyuora i ego soedinenii. Da i avtorami predlozheniya byli ne kto-nibud', a krupneishie uchenye togo vremeni Andre Amper i Hemfri Devi. I vse-taki ftor ostavalsya flyuorom.
Zhertvy? - Net, geroi
Pervoe upominanie o flyuore i flyuorite otnositsya k XV v.
V nachale XVIII v. byla otkryta plavikovaya kislota - vodnyi rastvor ftoristogo vodoroda, a v 1780 g. izvestnyi shvedskii himik Karl Vil'gel'm Sheele vpervye vyskazal mysl', chto v etoi kislote soderzhitsya novyi aktivnyi element. Odnako chtoby podtverdit' dogadku Sheele i vydelit' ftor (ili flyuor), himikam potrebovalos' bol'she 100 let, celyi vek upornoi raboty mnogih uchenyh iz raznyh stran.
Segodnya my znaem, chto ftor ochen' toksichen, chto rabota s nim i ego soedineniyami trebuet bol'shoi ostorozhnosti i produmannyh mer zashity. Pervootkryvateli ftora mogli ob etom tol'ko dogadyvat'sya, da i to ne vsegda. Poetomu istoriya otkrytiya ftora svyazana s imenami mnogih geroev nauki. Angliiskie himiki brat'ya Tomas i Georg Noks pytalis' poluchit' ftor iz ftoridov serebra i svinca. Opyty okonchilis' tragicheski: Georg Noks stal invalidom, Tomas pogib. Ta zhe uchast' postigla D. Niklesa i P. Laieta. Vydayushiisya himik XIX v. Hemfri Devi, sozdatel' vodorodnoi teorii kislot, chelovek, vpervye poluchivshii natrii, kalii, magnii, kal'cii, stroncii i barii, dokazavshii elementarnost' hlora, ne smog reshit' problemy polucheniya vserazrushayushego elementa. V hode etih opytov on otravilsya i tyazhelo zabolel. Zh. Gei-Lyussak i L. Tenar poteryali zdorov'e, tak i ne dobivshis' skol'ko-nibud' obnadezhivayushih rezul'tatov.
Bolee udachlivymi okazalis' A. Lavuaz'e, M. Faradei, E. Fremi. Ih ftor "poshadil", no i oni ne dobilis' uspeha.
V 1834 g. Faradeyu pokazalos', chto emu, nakonec, udalos' poluchit' neulovimyi gaz. No vskore on vynuzhden byl priznat': "Ya ne smog poluchit' ftor. Moi predpolozheniya, podvergayas' strogomu analizu, otpadali odno za drugim..." V techenie 50 (!) let etot gigant nauki pytalsya reshit' problemu polucheniya ftora, no tak i ne smog odolet' ee...
Neudachi presledovali uchenyh, odnako uverennost' v sushestvovanii i vozmozhnosti vydeleniya ftora krepla s kazhdym novym opytom. Ona osnovyvalas' na mnogochislennyh analogiyah v povedenii i svoistvah soedinenii ftora s soedineniyami uzhe izvestnyh galogenov - hlora, broma i ioda.
Byli na etom puti i udachi. Fremi, pytayas' s pomosh'yu elektroliza izvlech' ftor iz ftoridov, nashel sposob polucheniya bezvodnogo ftoristogo vodoroda. Kazhdyi opyt, dazhe neudachnyi, popolnyal kopilku znanii ob udivitel'nom elemente i priblizhal den' ego otkrytiya. I etot den' nastal.
26 iyunya 1886 g. francuzskii himik Anri Muassan podverg elektrolizu bezvodnyi ftoristyi vodorod. Pri temperature - 23oC on poluchil na anode novoe, chrezvychaino reakcionnosposobnoe gazoobraznoe veshestvo. Muassanu udalos' sobrat' neskol'ko puzyr'kov gaza. Eto byl ftor!
O svoem otkrytii Muassan soobshil Parizhskoi akademii. Momental'no byla sozdana komissiya, kotoraya cherez neskol'ko dnei dolzhna byla pribyt' v laboratoriyu Muassana, chtoby uvidet' vse svoimi glazami.
Muassan tshatel'no podgotovilsya k provedeniyu povtornogo eksperimenta. On podverg ishodnyi ftoristyi vodorod dopolnitel'noi ochistke, i... vysokopostavlennaya komissiya ne uvidela ftora. Opyt ne vosproizvodilsya, elektroliza s vydeleniem ftora ne nablyudalos'! Skandal?!
No Muassanu udalos' naiti prichinu. Okazalos', chto lish' nebol'shie kolichestva ftoristogo kaliya, soderzhashegosya vo ftoristom vodorode, delayut ego provodnikom elektrichestva. Primenenie v pervom opyte ftoristogo vodoroda bez dopolnitel'noi ochistki obespechilo uspeh: byli primesi - shel elektroliz. Tshatel'naya podgotovka vtorogo opyta stala prichinoi neudachi.
I vse-taki udacha opredelenno soputstvovala Muassanu. Vskore emu udalos' naiti nedorogoi i nadezhnyi material dlya apparatov, v kotoryh poluchaetsya ftor. Eta problema byla ne menee slozhnoi, chem poluchenie nepodatlivogo elementa. Ftoristyi vodorod i ftor razrushali lyubuyu apparaturu. Eshe Devi ispytyval sosudy iz kristallicheskoi sery, uglya, serebra i platiny, no vse eti materialy razrushalis' v processe elektroliza soedinenii ftora.
Pervye grammy ftora Muassan poluchil v platinovom elektrolizere s elektrodami iz iridievo-platinovogo splava. Nesmotrya na nizkuyu temperaturu, pri kotoroi provodilsya opyt, kazhdyi gramm ftora "unichtozhal" 5...6 g platiny.
Platinovyi sosud Muassan zamenil mednym. Konechno, i med' podverzhena deistviyu ftora, no kak alyuminii zashishaetsya ot vozduha okisnoi plenkoi, tak i med' "ukryvalas'" ot ftora za plenkoi nepreodolimogo dlya nego ftorida medi.
Elektroliz do sih por ostaetsya prakticheski edinstvennym metodom polucheniya ftora. S 1919 g. v kachestve elektrolita ispol'zuyutsya rasplavy biftoridov. Materialy sovremennyh elektrolizerov i elektrodov - eto med', nikel', stal', grafit. Vse eto vo mnogo raz udeshevilo proizvodstvo elementa N 9 i dalo vozmozhnost' poluchat' ego v promyshlennyh masshtabah. Odnako princip polucheniya ftora ostalsya tem zhe, chto predlagali Devi i Faradei i vpervye osushestvil Muassan.
Ftor i mnogie ego soedineniya predstavlyayut ne tol'ko bol'shoi teoreticheskii interes, no i nahodyat shirokoe prakticheskoe primenenie. Soedinenii ftora ochen' mnogo, ispol'zovanie ih nastol'ko mnogostoronne i obshirno, chto dlya rasskaza obo vsem interesnom, chto svyazano s etim elementom, ne hvatilo by i 100 stranic. Poetomu v nashem rasskaze vy vstretite tol'ko samye interesnye ftoristye soedineniya, prochno voshedshie v nashu promyshlennost', v nashu zhizn', v nash byt i dazhe v nashe iskusstvo - soedineniya, bez kotoryh (eto mozhno skazat' bez preuvelicheniya) nemyslim progress.
Gidrid ftora i... voda
Chto obshego mozhet byt' u vserazrushayushego ftora i "mirnoi" privychnoi vody? Kazalos' by - nichego. No poosterezhemsya pospeshnyh vyvodov. Ved' vodu mozhno rassmatrivat' kak gidrid kisloroda, a plavikovaya kislota HF - ne chto inoe, kak gidrid ftora. Itak, my imeem delo s blizhaishimi himicheskimi "rodstvennikami" - gidridami dvuh sil'nyh okislitelei.
Izvestny gidridy vseh galogenov. Ih svoistva izmenyayutsya zakonomerno, odnako ftoristyi vodorod vo mnogom blizhe k vode, nezheli k drugim galoidovodorodam. Sravnite dielektricheskie postoyannye: dlya HF i N2O oni ochen' blizki (83,5 i 80), v to vremya kak dlya gidridov broma, ioda i hlora eta harakteristika znachitel'no nizhe (vsego 2,9...4,6). Temperatura kipeniya HF +19oC, togda kak HI, HBr i NSl perehodyat v gazoobraznoe sostoyanie uzhe pri minusovyh temperaturah.
Odno iz prirodnyh soedinenii ftora - mineral kriolit - nazyvayut netayushim l'dom. Deistvitel'no, ogromnye kristally kriolita ochen' pohozhi na ledyanye glyby.
V odnom iz rasskazov pisatelya-fantasta I.A. Efremova opisana vstrecha v kosmose s obitatelyami planety, na kotoroi vo vseh zhiznenno vazhnyh okislitel'nyh processah uchastvuet ftor, a ne kislorod. Esli takaya planeta sushestvuet, to mozhno ne somnevat'sya, chto ee obitateli utolyayut zhazhdu... ftoristym vodorodom.
Na Zemle ftoristyi vodorod sluzhit drugim celyam.
Nyurnbergskii hudozhnik Shvangard eshe v 1670 g. smeshival plavikovyi shpat s sernoi kislotoi i etoi smes'yu nanosil risunki na steklo. Shvangard ne znal, chto komponenty ego smesi reagiruyut mezhdu soboi, a "risuet" produkt reakcii. Eto ne pomeshalo vnedreniyu otkrytiya Shvangarda. Pol'zuyutsya im i v nashi dni. Na steklyannyi sosud nanositsya tonkii sloi parafina. Hudozhnik risuet po etomu sloyu, a zatem opuskaet sosud v rastvor plavikovoi kisloty. V teh mestah, gde neuyazvimaya dlya ftoristogo vodoroda parafinovaya "bronya" snyata, kislota raz'edaet steklo, i risunok navsegda zapechatlevaetsya na nem. Eto stareishee primenenie ftoristogo vodoroda, no otnyud' ne edinstvennoe.
Dostatochno skazat', chto menee chem cherez 20 let posle sozdaniya pervyh promyshlennyh ustanovok dlya polucheniya ftoristogo vodoroda ego godovoe proizvodstvo v SShA dostiglo 125 tys. t.
Stekol'naya, pishevaya, neftyanaya, atomnaya, metallurgicheskaya, himicheskaya, aviacionnaya, bumazhnaya - vot daleko ne polnyi perechen' teh otraslei promyshlennosti, gde ftoristyi vodorod nahodit samoe shirokoe primenenie.
Ftoristyi vodorod sposoben izmenyat' skorost' mnogih reakcii i ispol'zuetsya v kachestve katalizatora samyh raznoobraznyh himicheskih prevrashenii.
Odna iz osnovnyh tendencii sovremennoi himii - provedenie reakcii v nevodnyh sredah. Naibolee interesnym i uzhe shiroko primenyayushimsya nevodnym rastvoritelem stal ftoristyi vodorod.
Ftoristyi vodorod - ochen' agressivnyi i opasnyi reagent, no on nezamenim vo mnogih otraslyah sovremennoi industrii. Poetomu priemy obrasheniya s nim nastol'ko usovershenstvovany, chto dlya gramotnogo himika nashih dnei ftoristyi vodorod stal pochti tak zhe bezopasen, kak dlya obitatelei nevedomoi ftornoi planety.
Ftor i metallurgiya
Alyuminii - naibolee rasprostranennyi metall zemnoi kory, zapasy ego ogromny, odnako proizvodstvo alyuminiya nachalo razvivat'sya lish' v konce proshlogo veka. Kislorodnye soedineniya alyuminiya ochen' prochny, i vosstanovlenie ih uglem ne daet chistogo metalla. A dlya polucheniya alyuminiya metodom elektroliza trebuyutsya ego galoidnye soedineniya i prezhde vsego kriolit, soderzhashii i alyuminii i ftor. No kriolita v prirode malo, krome togo, v nem nizko soderzhanie "krylatogo metalla" - vsego 13%. Eto pochti v tri raza men'she, chem v boksitah. Pererabotka boksitov zatrudnena, no, k schast'yu, oni sposobny rastvoryat'sya v kriolite. Pri etom poluchaetsya nizkoplavkii i bogatyi alyuminiem rasplav. Ego elektroliz - edinstvennyi promyshlennyi sposob polucheniya alyuminiya. Nehvatka prirodnogo kriolita kompensiruetsya iskusstvennym, kotoryi v ogromnyh kolichestvah poluchayut pri pomoshi ftoristogo vodoroda.
Takim obrazom, nashi dostizheniya v razvitii alyuminievoi promyshlennosti i v samoletostroenii v znachitel'noi stepeni - sledstvie uspehov himii ftora i ego soedinenii.
Neskol'ko slov o ftororganike
V 30-h godah nashego veka byli sintezirovany pervye soedineniya ftora s uglerodom. V prirode podobnye veshestva vstrechayutsya isklyuchitel'no redko, i nikakih osobyh dostoinstv za nimi ne zamechalos'.
Odnako razvitie mnogih otraslei sovremennoi tehniki i ih potrebnosti v novyh materialah priveli k tomu, chto v nashi dni sushestvuyut uzhe tysyachi organicheskih soedinenii, v sostav kotoryh vhodit ftor. Dostatochno vspomnit' o freonah - vazhneishih materialah holodil'noi tehniki, o ftoroplaste-4, kotoryi po pravu nazyvayut plastmassovoi platinoi.
Etim materialam posvyasheny otdel'nye zametki. A poka my pereidem k sleduyushei glave, kotoraya nazyvaetsya...
Ftor i zhizn'
Kazalos' by, takoe slovosochetanie ne sovsem pravomerno. "Harakter" u elementa N 9 ves'ma agressivnyi; ego istoriya napominaet detektivnyi roman, gde chto ni stranica, to otravlenie ili ubiistvo. K tomu zhe i sam ftor, i mnogie ego soedineniya ispol'zovalis' dlya proizvodstva oruzhiya massovogo unichtozheniya: vo vtoroi mirovoi voine triftorid hlora nemcy primenyali kak zazhigatel'noe sredstvo; neskol'ko ftorsoderzhashih soedinenii rassmatrivalis' v SShA, Anglii i Germanii kak sekretnye otravlyayushie veshestva i proizvodilis' v poluzavodskih masshtabah. Ne sekret, chto bez ftora vryad li udalos' by poluchit' atomnoe oruzhie.
Rabota s ftorom opasna: maleishaya neostorozhnost' - i u cheloveka razrushayutsya zuby, obezobrazhivayutsya nogti, povyshaetsya hrupkost' kostei, krovenosnye sosudy teryayut elastichnost' i stanovyatsya lomkimi. V rezul'tate - tyazhelaya bolezn' ili smert'.
I vse-taki zagolovok "Ftor i zhizn'" opravdan. Vpervye eto dokazal... slon. Da, da - slon. Obychnyi, pravda iskopaemyi, slon, naidennyi v okrestnostyah Rima. V ego zubah sluchaino byl obnaruzhen ftor. Eto otkrytie pobudilo uchenyh provesti sistematicheskoe izuchenie himicheskogo sostava zubov cheloveka i zhivotnyh. Bylo ustanovleno, chto v sostav zubov vhodit do 0,02% ftora, kotoryi postupaet v organizm s pit'evoi vodoi. Obychno v tonne vody soderzhitsya do 0,2 mg ftora. Nehvatka ftora privodit k gnieniyu zubov - kariesu.
Iskusstvennoe dobavlenie ftora k vode v teh mestah, gde obnaruzhivaetsya ego nedostatok, privodit k ustraneniyu novyh sluchaev zabolevaniya i umen'sheniyu kariesa u bol'nyh lyudei. Tut zhe ogovorimsya - bol'shoi izbytok ftora v vode vyzyvaet ostroe zabolevanie - flyuoroz (pyatnistaya emal'). Izvechnaya dilemma mediciny: bol'shie dozy - yad, malye - lekarstvo.
Vo mnogih mestah postroeny ustanovki dlya iskusstvennogo ftorirovaniya vody.
Osobenno effektiven etot sposob profilaktiki kariesa u detei. Poetomu v nekotoryh stranah soedineniya ftora (v isklyuchitel'no malyh dozah) dobavlyayut v... moloko.
Sushestvuet predpolozhenie o tom, chto ftor neobhodim dlya razvitiya zhivoi kletki i chto on vhodit vmeste s fosforom v sostav zhivotnyh i rastitel'nyh tkanei.
Ftor nahodit shirokoe primenenie pri sinteze razlichnyh medicinskih preparatov. Ftororganicheskie soedineniya uspeshno primenyayutsya dlya lecheniya boleznei shitovidnoi zhelezy, osobenno bazedovoi bolezni, hronicheskih form diabeta, bronhial'nyh i revmaticheskih zabolevanii, glaukomy i raka. Oni takzhe prigodny dlya profilaktiki i lecheniya malyarii i sluzhat horoshim sredstvom protiv streptokokkovyh i stafilokokkovyh infekcii. Nekotorye ftororganicheskie preparaty - nadezhnye obezbolivayushie sredstva.
Ftor i zhizn' - imenno etot razdel himii ftora dostoin naibol'shego razvitiya, i budushee - za nim. Ftor i smert'? Mozhno i nuzhno rabotat' i v etoi oblasti, no dlya togo, chtoby poluchat' ne smertonosnye otravlyayushie veshestva, a razlichnye preparaty dlya bor'by s gryzunami i drugimi sel'skohozyaistvennymi vreditelyami. Takoe primenenie nahodyat, naprimer, monoftoruksusnaya kislota i ftoracetat natriya.
I led, i plamen'
Kak priyatno byvaet v zharkii letnii den' dostat' iz holodil'nika butylku ledyanoi mineral'noi vody...
V bol'shinstve holodil'nikov - i promyshlennyh, i domashnih - hladoagentom, veshestvom, sozdayushim holod rabotaet ftororganicheskaya zhidkost' - freon.
Freony poluchayutsya pri zamene atomov vodoroda v molekulah prosteishih organicheskih soedinenii na ftor ili ftor i hlor.
Tablica 2. | ||||||||||||||||||||||||||||
|
Prosteishii uglevodorod - metan CH4. Esli vse atomy vodoroda v metane zamenit' na ftor, to obrazuetsya tetraftormetan CF4 (freon-14), a esli ftorom zameshaetsya tol'ko dva atoma vodoroda, a dva drugie - hlorom, to poluchitsya diftordihlormetan SF2Sl2 (freon-12). V tabl. 2 privedeny vazhneishie harakteristiki neskol'kih podobnyh soedinenii.
V domashnih holodil'nikah obychno rabotaet freon-12. Eto bescvetnyi, nerastvorimyi v vode i negoryuchii gaz s zapahom, pohozhim na zapah efira. Freony 11 i 12 rabotayut takzhe v ustanovkah dlya kondicionirovaniya vozduha. V "shkale vrednosti", sostavlennoi dlya vseh primenyaemyh hladagentov, freony zanimayut poslednie mesta. Oni dazhe bezvrednee "suhogo l'da" - tverdoi dvuokisi ugleroda.
Freony isklyuchitel'no ustoichivy, himicheski inertny. Zdes', kak i v sluchae ftoroplastov, my stalkivaemsya s tem zhe udivitel'nym yavleniem: s pomosh'yu naibolee aktivnogo elementa - ftora - udaetsya poluchit' himicheski ochen' passivnye veshestva. Osobenno ustoichivy oni k deistviyu okislitelei, i eto ne udivitel'no - ved' ih atomy ugleroda nahodyatsya v vysshei stepeni okisleniya. Poetomu ftoruglerody (i, v chastnosti, freony) ne goryat dazhe v atmosfere chistogo kisloroda. Pri sil'nom nagrevanii proishodit destrukciya - raspad molekul, no ne okislenie ih. Eti svoistva pozvolyayut primenyat' freony eshe v ryade sluchaev: ih ispol'zuyut kak plamegasiteli, inertnye rastvoriteli, promezhutochnye produkty dlya polucheniya plastmass i smazochnyh materialov.
Seichas izvestny tysyachi ftororganicheskih soedinenii razlichnyh tipov. Mnogie iz nih primenyayutsya v vazhneishih otraslyah sovremennoi tehniki.
Vo freonah ftor rabotaet na "industriyu holoda", no s ego pomosh'yu mozhno poluchat' i ochen' vysokie temperatury. Sravnite eti cifry: temperatura kislorodo-vodorodnogo plameni 2800oC, kislorodo-acetilenovogo 3500oC, pri gorenii vodoroda vo ftore razvivaetsya temperatura 3700oC. Eta reakciya uzhe nashla prakticheskoe primenenie vo ftoristo-vodorodnyh gorelkah dlya rezaniya metalla. Krome togo, izvestny gorelki, rabotayushie na ftorhloridah (soedineniya ftora s hlorom), a takzhe na smesi trehftoristogo azota i vodoroda. Poslednyaya smes' osobenno udobna, tak kak trehftoristyi azot ne vyzyvaet korrozii apparatury. Estestvenno, vo vseh etih reakciyah ftor i ego soedineniya igrayut rol' okislitelya. Mozhno ispol'zovat' ih i v kachestve okislitelya v zhidkostnyh reaktivnyh dvigatelyah. V pol'zu reakcii s uchastiem ftora i ego soedinenii govorit mnogoe. Razvivaetsya bolee vysokaya temperatura - znachit, i davlenie v kamere sgoraniya budet bol'she, vozrastet tyaga reaktivnogo dvigatelya. Tverdyh produktov goreniya v rezul'tate takih reakcii ne obrazuetsya - znachit, opasnost' zabivki sopel i razryva dvigatelya v etom sluchae takzhe ne grozit.
No u ftora, kak sostavnoi chasti raketnogo topliva, est' ryad krupnyh nedostatkov. On ochen' toksichen, korrozionno-aktiven i imeet ochen' nizkuyu temperaturu kipeniya. Sohranit' ego v vide zhidkosti trudnee, chem drugie gazy. Poetomu bolee priemlemy zdes' soedineniya ftora s kislorodom i galogenami.
Nekotorye iz etih soedinenii po svoim okislitel'nym svoistvam ne ustupayut zhidkomu ftoru, no imeyut ogromnoe preimushestvo; v obychnyh usloviyah eto ili zhidkosti, ili zhe legko szhizhaemye gazy. Sravnite ih svoistva, proanalizirovav dannye tabl. 3.
Tablica 3. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Sredi ftorgaloidnyh soedinenii naibolee udobny dlya ispol'zovaniya v raketnom toplive triftorid hlora i pentaftorid broma. Izvestno, naprimer, chto eshe v 1956 g. v SShA trehftoristyi hlor rassmatrivalsya kak vozmozhnyi okislitel' reaktivnogo goryuchego. Vysokaya himicheskaya aktivnost' zatrudnyaet primenenie podobnyh veshestv. Odnako eti zatrudneniya ne absolyutny i preodolimy.
Dal'neishee razvitie himii korrozionnyh processov, poluchenie bolee korrozionno-ustoichivyh materialov, uspehi v sinteze novyh okislitelei na osnove ftora, veroyatno, pozvolyat osushestvit' mnogie zamysly raketostroitelei, svyazannye s ispol'zovaniem elementa N 9 i ego soedinenii. No my ne budem zanimat'sya predskazaniyami. Sovremennaya tehnika razvivaetsya stremitel'no. Byt' mozhet, cherez neskol'ko let poyavyatsya kakie-to principial'no novye tipy dvigatelei, a ZhRD otoidut v oblast' istorii... V lyubom sluchae bessporno, chto ftor eshe ne skazal svoego poslednego slova v osvoenii kosmicheskogo prostranstva.
Rasprostranennost'
Srednee soderzhanie ftora v pochvah ravnin 0,02%.
V kazhdom litre morskoi vody 0,3 mg ftora. V rakovinah ustric ego v 20 raz bol'she.
V korallovyh rifah zaklyucheny milliony tonn ftoridov. Srednee soderzhanie ftora v zhivyh organizmah v 200 raz men'she, chem v zemnoi kore.
Kak vyglyadit ftor?
V obychnyh usloviyah ftor - bledno-zheltyi gaz, pri temperature -188oC - zhidkost' kanareechno-zheltogo cveta, pri -228oC ftor zamerzaet i prevrashaetsya v svetlo-zheltye kristally. Esli temperaturu ponizit' do -252oC, eti kristally obescvetyatsya.
Kak pahnet ftor?
Zapahi hlora, broma i ioda, kak izvestno, trudno otnesti k razryadu priyatnyh. V etom otnoshenii ftor malo otlichaetsya ot svoih sobrat'ev - galogenov. Ego zapah - rezkii i razdrazhayushii - napominaet odnovremenno zapahi hlora i ozona. Odnoi millionnoi doli ftora v vozduhe dostatochno, chtoby chelovecheskii nos ulovil ego prisutstvie.
V doline tysyachi dymov
Gazy vulkanicheskogo proishozhdeniya inogda soderzhat ftoristyi vodorod. Naibolee izvestnyi prirodnyi istochnik takih gazov - fumaroly Doliny Tysyachi Dymov (Alyaska). Ezhegodno s vulkanicheskim dymom v atmosferu unositsya okolo 200 tys. t. ftoristogo vodoroda.
Svidetel'stvuet Devi
"Ya predprinyal eksperiment po elektrolizu chistoi ftoristovodorodnoi kisloty s bol'shim interesom, tak kak on daval naibolee veroyatnuyu vozmozhnost' ubedit'sya v deistvitel'noi prirode ftora. No pri osushestvlenii processa vstretilis' znachitel'nye trudnosti. Zhidkaya ftoristovodorodnaya kislota nemedlenno razrushala steklo i vse zhivotnye i rastitel'nye veshestva. Ona deistvuet na vse tela, soderzhashie okisi metallov. Ya ne znayu ni odnogo veshestva, kotoroe by ne rastvoryalos' v nei, za isklyucheniem nekotoryh metallov, drevesnogo uglya, fosfora, sery i nekotoryh soedinenii hlora".
Ftor i atomnaya energiya
Rol' ftora i ego soedinenii v proizvodstve yadernogo goryuchego isklyuchitel'na. Mozhno smelo utverzhdat', chto ne bud' ftora, v mire do sih por ne bylo by ni odnoi atomnoi elektrostancii, a obshee chislo issledovatel'skih reaktorov netrudno bylo by soschitat' na pal'cah.
Obsheizvestno, chto yadernym goryuchim mozhet sluzhit' ne vsyakii uran, a lish' nekotorye ego izotopy, v pervuyu ochered' 235U.
Nelegko razdelyat' izotopy, otlichayushiesya odin ot drugogo tol'ko chislom neitronov v yadre, prichem chem tyazhelee element, tem men'she oshushaetsya raznica v vese. Razdelenie izotopov urana oslozhnyaetsya eshe i tem, chto pochti vse sovremennye metody razdeleniya rasschitany na gazoobraznye veshestva ili letuchie zhidkosti.
Uran kipit pri temperature okolo 3500oC. Iz kakih materialov prishlos' by izgotovit' kolonny, centrifugi, diafragmy dlya razdeleniya izotopov, esli by prishlos' rabotat' s parami urana?! Isklyuchitel'no letuchee soedinenie urana - ego geksaftorid UF6. On zakipaet pri 56,2oC. Poetomu razdelyayut ne metallicheskii uran, a geksaftoridy urana-235 i urana-238. Po himicheskim svoistvam eti veshestva, estestvenno, ne otlichayutsya drug ot druga. Process razdeleniya ih idet na stremitel'no vrashayushihsya centrifugah.
Razognannye centrobezhnoi siloi molekuly geksaftorida urana prohodyat cherez melkoporistye peregorodki: "legkie" molekuly, soderzhashie 235U, prohodyat skvoz' nih chut' bystree "tyazhelyh".
Posle razdeleniya geksaftorid urana prevrashayut v tetraftorid UF4, a zatem i v metallicheskii uran.
Geksaftorid urana poluchayut v rezul'tate reakcii vzaimodeistviya urana s elementarnym ftorom, no eta reakciya trudno upravlyaema. Bolee udobno obrabatyvat' uran soedineniyami ftora s drugimi galogenami, naprimer SlF3, BrF i BrF6. Poluchenie tetraftorida urana UF4 svyazano s ispol'zovaniem ftoristogo vodoroda. Izvestno, chto v seredine 60-h godov v SShA na proizvodstvo urana zatrachivalos' pochti 10% vsego ftoristogo vodoroda - poryadka 20 tys. t.
Processy proizvodstva takih vazhnyh dlya yadernoi tehniki materialov, kak torii, berillii i cirkonii, takzhe vklyuchayut v sebya fazy polucheniya ftoristyh soedinenii etih elementov.
Plastmassovaya platina
Lev, pozhirayushii Solnce. Etot simvol oznachal u alhimikov process rastvoreniya zolota v carskoi vodke - smesi azotnoi i solyanoi kislot. Vse dragocennye metally himicheski ochen' ustoichivy. Zoloto ne rastvoryaetsya ni v kislotah (krome selenovoi), ni v shelochah. I tol'ko carskaya vodka "pozhiraet" i zoloto i dazhe platinu.
V konce 30-h godov v arsenale himikov poyavilos' veshestvo, protiv kotorogo bessilen dazhe "lev". Ne po zubam carskoi vodke okazalas' plastmassa - ftoroplast-4, izvestnaya takzhe pod nazvaniem teflon. Molekuly teflona otlichayutsya ot polietilenovyh tem, chto vse atomy vodoroda, okruzhayushie glavnuyu cep' (... - S - S - S - ...), zameneny ftorom.
Ftoroplast-4 poluchayut polimerizaciei tetraftoretilena - bescvetnogo neyadovitogo gaza.
Polimerizaciya tetraftoretilena byla otkryta sluchaino. V 1938 g. v odnoi iz zarubezhnyh laboratorii vnezapno prekratilas' podacha etogo gaza iz ballona. Kogda ballon vskryli, vyyasnilos', chto on zapolnen neizvestnym belym poroshkom, okazavshimsya politetraftoretilenom. Issledovanie novogo polimera pokazalo ego udivitel'nuyu himicheskuyu stoikost' i vysokie elektroizolyacionnye svoistva. Seichas iz etogo polimera pressuyut mnogie vazhneishie detali samoletov, mashin, stankov.
Shiroko ispol'zuyutsya i drugie polimery, v sostav kotoryh vhodit ftor. Eto politriftorhloretilen (ftoroplast-3), polivinilftorid, polivinilidenftorid. Esli vnachale polimery, soderzhashie ftor, byli lish' zamenitelyami drugih plastmass i cvetnyh metallov, to seichas oni sami stali nezamenimymi materialami.
Samye cennye svoistva ftorsoderzhashih plastmass - ih himicheskaya i termicheskaya ustoichivost', nebol'shoi udel'nyi ves, nizkaya vlagopronicaemost', otlichnye elektroizolyacionnye harakteristiki, otsutstvie hrupkosti dazhe pri ochen' nizkih temperaturah. Eti svoistva obuslovili shirokoe primenenie ftoroplastov v himicheskoi, aviacionnoi, elektrotehnicheskoi, atomnoi, holodil'noi, pishevoi i farmacevticheskoi promyshlennosti, a takzhe v medicine.
Ochen' perspektivnymi materialami schitayutsya i ftorsoderzhashie kauchuki. V raznyh stranah uzhe sozdano neskol'ko tipov kauchukopodobnyh materialov, v molekuly kotoryh vhodit ftor. Pravda, ni odin iz nih po sovokupnosti svoistv ne vozvyshaetsya nad ostal'nymi kauchukami v takoi zhe mere, kak ftoroplast-4 nad obychnymi plastmassami, no cennyh kachestv u nih nemalo. V chastnosti, oni ne razrushayutsya dymyasheisya azotnoi kislotoi i ne teryayut elastichnosti v bol'shom intervale temperatur.
<< Kislorod | Oglavlenie | Neon >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
