ფტორი არის ქიმიური ელემენტი (სიმბოლო F, ატომური ნომერი 9), არალითონი, რომელიც მიეკუთვნება ჰალოგენების ჯგუფს. ეს არის ყველაზე აქტიური და ელექტროუარყოფითი ნივთიერება. ნორმალურ ტემპერატურასა და წნევაზე, ფტორის მოლეკულა არის ღია ყვითელი მომწამვლელი აირი, ფორმულით F2. სხვა ჰალოიდების მსგავსად, მოლეკულური ფტორი ძალიან საშიშია და იწვევს ძლიერ ქიმიურ დამწვრობას კანთან შეხებისას.
გამოიყენე
ფტორი და მისი ნაერთები ფართოდ გამოიყენება, მათ შორის ფარმაცევტული საშუალებების, აგროქიმიკატების, საწვავის და საპოხი მასალების და ტექსტილის წარმოებაში. ფტორის მჟავა გამოიყენება შუშის დასამუშავებლად, ხოლო ფტორის პლაზმა გამოიყენება ნახევარგამტარებისა და სხვა მასალების წარმოებისთვის. კბილის პასტასა და სასმელ წყალში F იონების დაბალი კონცენტრაცია ხელს უწყობს კარიესის თავიდან აცილებას, ხოლო უფრო მაღალი კონცენტრაცია გვხვდება ზოგიერთ ინსექტიციდში. ბევრი ზოგადი საანესთეზიო არის ჰიდროფტორნახშირბადის წარმოებული. იზოტოპი 18F არის პოზიტრონების წყარო სამედიცინო მოსაპოვებლადპოზიტრონის ემისიური ტომოგრაფიული გამოსახულება და ურანის ჰექსაფტორიდი გამოიყენება ურანის იზოტოპების გამოსაყოფად და გამდიდრებული ურანის წარმოებისთვის ატომური ელექტროსადგურებისთვის.
აღმოჩენის ისტორია
ფტორის ნაერთების შემცველი მინერალები ცნობილი იყო ამ ქიმიური ელემენტის გამოყოფამდე მრავალი წლით ადრე. მაგალითად, მინერალური ფტორსპარი (ან ფტორიტი), რომელიც შედგება კალციუმის ფტორიდისგან, აღწერილია 1530 წელს ჯორჯ აგრიკოლას მიერ. მან შენიშნა, რომ ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ნაკადად, ნივთიერება, რომელიც ხელს უწყობს ლითონის ან მადნის დნობის წერტილის შემცირებას და ხელს უწყობს სასურველი ლითონის გაწმენდას. ამიტომ, ფტორმა მიიღო ლათინური სახელი სიტყვიდან fluere („დინება“).
1670 წელს, შუშის გამშვებმა ჰაინრიხ შვანჰარდმა აღმოაჩინა, რომ მინა იჭრებოდა მჟავით დამუშავებული კალციუმის ფტორიდის (ფტორსპარი) მოქმედებით. კარლ შელემ და ბევრმა გვიანდელმა მკვლევარმა, მათ შორის ჰამფრი დეივიმ, ჯოზეფ-ლუი გეი-ლუსაკმა, ანტუან ლავუაზიემ, ლუი ტენარმა, ჩაატარეს ექსპერიმენტები ჰიდროფთორმჟავაზე (HF), რომელიც ადვილად მიიღება CaF კონცენტრირებული გოგირდის მჟავით დამუშავებით.
საბოლოოდ, გაირკვა, რომ HF შეიცავდა მანამდე უცნობ ელემენტს. თუმცა, მისი გადაჭარბებული რეაქტიულობის გამო, ეს ნივთიერება მრავალი წლის განმავლობაში ვერ იზოლირებული იყო. ეს არა მხოლოდ რთულია ნაერთებისგან განცალკევება, არამედ ის დაუყოვნებლივ რეაგირებს მათ სხვა კომპონენტებთან. ფტორის მჟავისგან ელემენტარული ფტორის გამოყოფა ძალზე საშიშია და ადრეულმა მცდელობებმა დააბრმავა და მოკლა რამდენიმე მეცნიერი. ეს ხალხი ცნობილი გახდა როგორც „მოწამეფტორი."
აღმოჩენა და წარმოება
საბოლოოდ, 1886 წელს, ფრანგმა ქიმიკოსმა ანრი მოისანმა მოახერხა ფტორის იზოლირება გამდნარი კალიუმის ფტორიდების და ჰიდროფთორმჟავას ნარევის ელექტროლიზით. ამისათვის მას 1906 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ქიმიაში. მისი ელექტროლიტური მიდგომა დღესაც გამოიყენება ამ ქიმიური ელემენტის სამრეწველო წარმოებისთვის.
ფტორის პირველი ფართომასშტაბიანი წარმოება მეორე მსოფლიო ომის დროს დაიწყო. ეს საჭირო იყო ატომური ბომბის შექმნის ერთ-ერთი ეტაპისთვის, როგორც მანჰეტენის პროექტის ნაწილი. ფტორი გამოიყენებოდა ურანის ჰექსაფტორიდის წარმოებისთვის (UF6), რომელიც თავის მხრივ გამოიყენებოდა ორი იზოტოპის 235U დაერთმანეთისგან გამოსაყოფად. 238U. დღესდღეობით, აიროვანი UF6 არის საჭირო ბირთვული ენერგიისთვის გამდიდრებული ურანის წარმოებისთვის.
ფტორის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებები
პერიოდულ სისტემაში ელემენტი მე-17 ჯგუფის ზედა ნაწილშია (ყოფილი ჯგუფი 7A), რომელსაც ჰალოგენი ეწოდება. სხვა ჰალოგენებს მიეკუთვნება ქლორი, ბრომი, იოდი და ატატინი. გარდა ამისა, F არის მეორე პერიოდში ჟანგბადსა და ნეონს შორის.
სუფთა ფტორი არის კოროზიული აირი (ქიმიური ფორმულა F2) დამახასიათებელი მძაფრი სუნით, რომელიც გვხვდება კონცენტრაციით 20 ნლ ლიტრზე. როგორც ყველა ელემენტიდან ყველაზე რეაქტიული და ელექტროუარყოფითი, ის ადვილად ქმნის ნაერთებს მათ უმეტესობასთან. ფტორი ზედმეტად რეაქტიულია ელემენტარული ფორმით არსებობისთვის და აქვს ასეთიუმრავლეს მასალასთან, მათ შორის სილიკონთან, რომ არ შეიძლება მისი მომზადება ან შენახვა მინის კონტეინერებში. ტენიან ჰაერში ის რეაგირებს წყალთან და წარმოქმნის თანაბრად სახიფათო ჰიდროფლუორმჟავას.
ფტორი წყალბადთან ურთიერთქმედებისას ფეთქდება დაბალ ტემპერატურაზე და სიბნელეშიც კი. იგი ძალადობრივად რეაგირებს წყალთან და წარმოქმნის ჰიდროფთორმჟავას და ჟანგბადის გაზს. სხვადასხვა მასალა, მათ შორის წვრილად გაფანტული ლითონები და მინები, იწვის კაშკაშა ალით აირისებრი ფტორის ჭავლით. გარდა ამისა, ეს ქიმიური ელემენტი ქმნის ნაერთებს კეთილშობილ აირებთან კრიპტონთან, ქსენონთან და რადონთან. თუმცა, ის პირდაპირ არ რეაგირებს აზოტთან და ჟანგბადთან.
მიუხედავად ფტორის ექსტრემალური აქტივობისა, ახლა უკვე ხელმისაწვდომი გახდა მისი უსაფრთხო დამუშავებისა და ტრანსპორტირების მეთოდები. ელემენტი შეიძლება ინახებოდეს ფოლადის ან მონელის (ნიკელით მდიდარი შენადნობის) კონტეინერებში, რადგან ამ მასალების ზედაპირზე წარმოიქმნება ფტორები, რაც ხელს უშლის შემდგომ რეაქციას.
ფტორები არის ნივთიერებები, რომლებშიც ფტორი იმყოფება უარყოფითად დამუხტული იონის სახით (F-) ზოგიერთ დადებითად დამუხტულ ელემენტებთან ერთად. ლითონებთან ფტორის ნაერთები ყველაზე სტაბილურ მარილებს შორისაა. წყალში გახსნისას ისინი იყოფა იონებად. ფტორის სხვა ფორმებია კომპლექსები, მაგალითად, [FeF4]- და H2F+.
იზოტოპები
არის ამ ჰალოგენის მრავალი იზოტოპი, დაწყებული 14F-დან 31F-მდე. მაგრამ ფტორის იზოტოპური შემადგენლობა მოიცავს მხოლოდ ერთ მათგანს,19F, რომელიც შეიცავს 10 ნეიტრონს, რადგან ის ერთადერთია, რომელიც სტაბილურია. რადიოაქტიური იზოტოპი 18F არის პოზიტრონების ღირებული წყარო.
ბიოლოგიური გავლენა
სხეულში ფტორი ძირითადად გვხვდება ძვლებში და კბილებში იონების სახით. სასმელი წყლის ფტორირება მილიონზე ერთ ნაწილზე ნაკლები კონცენტრაციით მნიშვნელოვნად ამცირებს კარიესის სიხშირეს - ნათქვამია შეერთებული შტატების მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის ეროვნული კვლევის საბჭოს მიერ. მეორე მხრივ, ფტორის გადაჭარბებულმა დაგროვებამ შეიძლება გამოიწვიოს ფლუოროზი, რომელიც გამოიხატება ჭრელ კბილებში. ეს ეფექტი ჩვეულებრივ შეინიშნება იმ ადგილებში, სადაც ამ ქიმიური ელემენტის შემცველობა სასმელ წყალში აღემატება კონცენტრაციას 10 ppm.
ელემენტური ფტორი და ფტორის მარილები ტოქსიკურია და მათი გამოყენება დიდი სიფრთხილით უნდა მოხდეს. ფრთხილად უნდა იქნას აცილებული კანთან ან თვალებთან კონტაქტი. კანთან რეაქცია წარმოქმნის ჰიდროფთორმჟავას, რომელიც სწრაფად აღწევს ქსოვილებში და რეაგირებს ძვლებში არსებულ კალციუმთან და სამუდამოდ აზიანებს მათ.
ეკოლოგიური ფტორი
მინერალის ფლუორიტის წლიური მსოფლიო წარმოება დაახლოებით 4 მილიონი ტონაა, ხოლო გამოკვლეული საბადოების მთლიანი სიმძლავრე 120 მილიონ ტონას ფარგლებშია. ამ მინერალის ძირითადი მოპოვების სფეროებია მექსიკა, ჩინეთი და დასავლეთ ევროპა.
ფტორი ბუნებრივად გვხვდება დედამიწის ქერქში, სადაც ის გვხვდება ქანებში, ნახშირსა და თიხაში. ფტორები ჰაერში გამოიყოფა ნიადაგის ქარის ეროზიით. ფტორი დედამიწის ქერქში მე-13 ყველაზე უხვი ქიმიური ელემენტია - მისი შემცველობაუდრის 950 ppm. ნიადაგებში მისი საშუალო კონცენტრაციაა დაახლოებით 330 ppm. წყალბადის ფტორი შეიძლება ჰაერში გამოიყოფა სამრეწველო წვის პროცესების შედეგად. ჰაერში მყოფი ფტორები საბოლოოდ იშლება მიწაზე ან წყალში. როდესაც ფტორი აკავშირებს ძალიან მცირე ნაწილაკებს, ის შეიძლება ჰაერში დარჩეს დიდი ხნის განმავლობაში.
ატმოსფეროში, ამ ქიმიური ელემენტის 0,6 მილიარდი ნაწილი მარილის ნისლისა და ორგანული ქლორის ნაერთების სახით არის წარმოდგენილი. ქალაქებში კონცენტრაცია მილიარდზე 50 ნაწილს აღწევს.
კავშირები
ფტორი არის ქიმიური ელემენტი, რომელიც ქმნის ორგანული და არაორგანული ნაერთების ფართო სპექტრს. ქიმიკოსებს შეუძლიათ წყალბადის ატომების შეცვლა, რითაც შექმნიან ბევრ ახალ ნივთიერებას. მაღალრეაქტიული ჰალოგენი ქმნის ნაერთებს კეთილშობილ გაზებთან. 1962 წელს ნილ ბარტლეტმა მოახდინა ქსენონის ჰექსაფტორპლატინატის სინთეზირება (XePtF6). ასევე მიღებულია კრიპტონისა და რადონის ფტორიდები. კიდევ ერთი ნაერთია არგონის ფტორჰიდრიდი, რომელიც მდგრადია მხოლოდ უკიდურესად დაბალ ტემპერატურაზე.
სამრეწველო აპლიკაციები
თავის ატომურ და მოლეკულურ მდგომარეობაში, ფტორი გამოიყენება პლაზმური ატვირთვისთვის ნახევარგამტარების, ბრტყელი პანელის ეკრანებისა და მიკროელექტრომექანიკური სისტემების წარმოებაში. ჰიდროფთორმჟავა გამოიყენება ნათურებში და სხვა პროდუქტებში შუშის ამოსაჭრელად.
მის ზოგიერთ ნაერთთან ერთად, ფტორი მნიშვნელოვანი კომპონენტია ფარმაცევტული, აგროქიმიკატების, საწვავის და საპოხი მასალების წარმოებაში.მასალები და ქსოვილები. ქიმიური ელემენტი საჭიროა ჰალოგენირებული ალკანების (ჰალონების) წარმოებისთვის, რომლებიც, თავის მხრივ, ფართოდ გამოიყენებოდა კონდიცირებისა და სამაცივრო სისტემებში. მოგვიანებით, ქლორფტორნახშირბადის ასეთი გამოყენება აიკრძალა, რადგან ისინი ხელს უწყობენ ოზონის შრის განადგურებას ზედა ატმოსფეროში.
გოგირდის ჰექსაფტორიდი არის უკიდურესად ინერტული, არატოქსიკური აირი, რომელიც კლასიფიცირებულია, როგორც სათბურის გაზი. ფტორის გარეშე, დაბალი ხახუნის პლასტმასის წარმოება, როგორიცაა ტეფლონი, შეუძლებელია. ბევრი საანესთეზიო საშუალება (მაგ. სევოფლურანი, დესფლურანი და იზოფლურანი) არის CFC წარმოებულები. ნატრიუმის ჰექსაფტორალუმინატი (კრიოლიტი) გამოიყენება ალუმინის ელექტროლიზში.
ფტორიდის ნაერთები, მათ შორის NaF, გამოიყენება კბილის პასტებში კბილების გაფუჭების თავიდან ასაცილებლად. ეს ნივთიერებები ემატება მუნიციპალურ წყალმომარაგებას წყლის ფტორიდაციის უზრუნველსაყოფად, თუმცა პრაქტიკა საკამათოა ადამიანის ჯანმრთელობაზე ზემოქმედების გამო. უფრო მაღალ კონცენტრაციებში NaF გამოიყენება როგორც ინსექტიციდი, განსაკუთრებით ტარაკნების კონტროლისთვის.
წარსულში ფტორებს იყენებდნენ ლითონებისა და მადნების დნობის წერტილის შესამცირებლად და მათი სითხის გასაზრდელად. ფტორი მნიშვნელოვანი კომპონენტია ურანის ჰექსაფტორიდის წარმოებაში, რომელიც გამოიყენება მისი იზოტოპების გამოსაყოფად. 18F, რადიოაქტიური იზოტოპი, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 110 წუთია, გამოყოფს პოზიტრონებს და ხშირად გამოიყენება სამედიცინო პოზიტრონის ემისიური ტომოგრაფიაში.
ფტორის ფიზიკური თვისებები
ძირითადი მახასიათებლებიქიმიური ელემენტი შემდეგნაირად:
- ატომური მასა 18,9984032 გ/მოლი.
- ელექტრონული კონფიგურაცია 1s22s22p5.
- ჟანგვის მდგომარეობა -1.
- სიმკვრივე 1.7 გ/ლ.
- დნობის წერტილი 53.53 K.
- დუღილის წერტილი 85.03 კ.
- სითბოუნარიანობა 31,34 J/(K mol).
