Loading...
 

Fluorowce

Fluorowce nazywa się halogenami lub chlorowcami, od nazwy pierwiastka najbardziej charakterystycznego dla tej grupy ( Rys. 1 ).

Fluorowce - pierwiastki grupy 17.
Rysunek 1: Fluorowce - pierwiastki grupy 17.


Do grupy fluorowców zaliczamy pierwiastki 17-tej grupy układu okresowego: fluor, chlor, brom, jod, astat oraz tenes ( Tabela 1 ). Astat oraz tenes są pierwiastkami nietrwałymi.

Tabela 1: Wielkości charakteryzujące pierwiastki grupy 17-tej.
Wielkości charakteryzujące pierwiastki grupy 17-tej.

Występowanie i otrzymywanie

Fluor (0,0625 \( \% \) litosfery) występuje w postaci minerałów takich, jak \( CaF_2 \) fluoryt [1], \( Ca_5(PO_4)_3F \) apatyt [2] i \( Na_3[AlF_6] \) kriolit.
Chlor (0,19 \( \% \)) występuje przede wszystkim w postaci chlorku sodu \( NaCl \) w wodach mórz i oceanów (1,9 \( \% \) zawartości wód), jak również sylwinu \( KCl \), karnalitu \( KMgCl_3·6H_2O \) i kainitu \( KMgCl(SO_4)·3H_2O \) .
Brom (0,000005 \( \% \) zawartości w przyrodzie), występuje jako zanieczyszczenie piasku morskiego i soli kamiennej oraz w wodzie morskiej w formie bromku sodu \( NaBr \).
Jod występuje w niewielkich ilościach w wodzie morskiej w postaci połączeń organicznych, jego zawartość w przyrodzie wynosi 0,00025 \( \% \).

Fluor otrzymuje się poprzez działanie kwasem siarkowym na fluoryt:

(1)
\( CaF_2 + H_2SO_4 = CaSO_4 + 2HF \)


a następnie przerabia na wolny fluor.
Fluor można otrzymać także w procesie elektrolizy stopionych fluorków:

Katoda:
(2)
\( 2H^+ + 2e^- = H_2 \)

Anoda:
(3)
\( 2F^- = F_2 + 2e^- \)


Chlor otrzymuje się w procesie elektrolizy wodnych roztworów NaCl:

Katoda:
(4)
\( 2H^+ + 2e^- = H_2 \)
Anoda:
(5)
\( 2Cl^- = Cl_2 + 2e^- \)


Brom otrzymuje się wypierając go ze związków chlorem:

(6)
\( 2Br^-+ Cl_2 + = Br_2+ 2Cl^- \)


Jod, podobnie jak brom, jest wypierany z roztworów przez chlor.
Astat i tenes otrzymuje się wyłącznie na drodze przemian jądrowych.

Właściwości fizyczne

Fluor i chlor w warunkach normalnych są gazami o żółtozielonym zabarwieniu, brom jest brunatną cieczą, a jod fioletowym ciałem stałym ( Rys. 2 ).
Fluorowce są trujące, ich gazy i pary drażnią drogi oddechowe.

Chlor, brom i jod w formie pierwiastkowej.
Rysunek 2: Chlor, brom i jod w formie pierwiastkowej.

Właściwości chemiczne

Fluor, chlor, brom i jod w stanie pierwiastkowym występują w postaci cząsteczek dwuatomowych: \( F_2 \), \( Cl_2 \), \( Br_2 \), \( I_2 \).
Fluor jest najbardziej aktywnym chemicznie pierwiastkiem w układzie okresowym, z uwagi na najwyższą elektroujemność. Pozostałe fluorowce są nieco mniej aktywne chemicznie. Wysoka aktywność pierwiastków 17 grupy układu okresowego wynika z faktu, że posiadają na powłoce walencyjnej 7 elektronów. Do osiągnięcia konfiguracji najbliższego im gazu szlachetnego, czyli uzyskania stanu o możliwie najniższej energii, brakuje im tylko jednego elektronu. Dlatego też łatwo wchodzą w reakcje, chętnie przyjmując elektron.
Jak już wcześniej wspomniano, chlor jako bardziej aktywny, wypiera ze związków mniej aktywne brom i jod. Reakcję przeprowadza się za pomocą wody chlorowej – wody nasyconej gazowym chlorem. Dla łatwiejszego zauważenia obecności bromu, czy jodu, do roztworu wprowadza się benzen, w którym to rozpuszczalniku organicznym, pierwiastki te mają bardziej intensywne barwy, niż w wodzie – jak można zauważyć na Rys. 3.

Woda chlorowa, brom oraz jod wyparte z roztworów przez chlor.
Rysunek 3: Woda chlorowa, brom oraz jod wyparte z roztworów przez chlor.


Fluor służy przede wszystkim do produkcji fluorku uranu (VI) \( UF_6 \) z tzw. yellowcake [3] w procesie wzbogacania uranu, do produkcji fluorowodoru, poli-tetrafluoroetylenu \( PTFE \), a z niego teflonu (nazwa zastrzeżona przez koncern Dupont) i tarflenu (polimer produkowany w zakładzie Grupy Azoty w Tarnowie).

Chlor stosowany jest jako środek wybielający, dezynfekcyjny do odkażania wody, substrat w wielu syntezach nieorganicznych i organicznych.

Brom służy do produkcji barwników syntetycznych, jod jako środek dezynfekcyjny (jodyna – roztwór \( I_2 \) w alkoholu etylowym), w syntezach organicznych i przemyśle barwników syntetycznych.

Najważniejsze związki

\( HF \) fluorowodór – posiada ostry zapach, drażni drogi oddechowe. Ciekły powoduje trudno gojące się rany, przenika przez skórę i tkanki miękkie, atakując bezpośrednio chrząstki i kości. Stosowany do fluorowania węglowodorów, w przeróbce ropy naftowej, wytrawianiu znaków i napisów na szkle ( Rys. 4 ), wytrawiania powierzchni krzemu w obróbce półprzewodników.

Fragment szyby wytrawionej fluorowodorem.
Rysunek 4: Fragment szyby wytrawionej fluorowodorem.

\( HCl \) chlorowodór – stosuje się w syntezach organicznych, mieszanina stężonych kwasów \( HCl \) i \( HNO_3 \) w stosunku 3:1 nazywana jest wodą królewską. Rozpuszcza ona metale o potencjale wyższym od wodoru (dodatnim) takie, jak złoto, srebro, platyna, pallad.
\( NaCl \) chlorek sodu, sól kuchenna – środek do konserwacji żywności, obniżania temperatury krzepnięcia wody ( efekt krioskopowy ).
\( NaClO \) chloran (I) sodu, dawniej podchloryn sodu – środek dezynfekujący.
\( HClO_4 \) kwas chlorowy (VII), dawniej kwas nadchlorowy – silny utleniacz i środek wybielający, stosowany w środkach pirotechnicznych.
\( NH_2Cl \) chloroamina – stosowana jako środek odkażający w przypadkach skażenia biologicznego, jako doraźny środek do odkażania wody pitnej, sprzętów, domostw i ich otoczenia, środek odkażający w akwarystyce.
\( CCl_4 \) czterochlorek węgla – rozpuszczalnik używany przy ekstrakcji tłuszczów i związków organicznych z roślin, dodatek do środków czystości, rozpuszczalnik do farb i klejów, dawniej (do końca lat 80-tych XX wieku) środek gaśniczy w gaśnicach tetrowych.
\( CHCl_3 \) chloroform - stosowany jest jako rozpuszczalnik np. przy syntezie DNA, białek, analizach środowiskowych, analizach pestycydów, chromatografii, substancja ta na początku XX wieku używana była do narkozy.

Informacja dodatkowa 2: Znaczenie biologiczne


Chlor, obok sodu jest głównym składnikiem płynów ustrojowych. Jego rola polega na regulacji pH, ciśnienia osmotycznego, przewodnictwa nerwowego i przepuszczalności błon komórkowych. Ponadto chlor uczestniczy w procesie trawienia białek i produkcji kwasu solnego w soku żołądkowym. Pierwiastek ten reguluje także przemiany metaboliczne [4].

Fluor odgrywa bardzo ważną rolę w mineralizacji zębów i kości. Fluor ma właściwości przeciwpróchnicze i bakteriobójcze. Sprawia, że enzymy bakteryjne w jamie ustnej zostają zablokowane, a cukry nie przetwarzają się do kwasów. Powoduje, że szkliwo na zębach jest bardziej twarde i odporne na uszkodzenia.

Jod jest pierwiastkiem niezbędnym do produkcji hormonów tarczycy: tyroksyny (T4) i jej aktywnej formy trójjodotyroniny (T3). Od prawidłowego stężenia tych hormonów we krwi zależy m.in. prawidłowy rozwój i funkcjonowanie mózgu oraz układu nerwowego, przysadki mózgowej, mięśni, serca, nerek. Hormony tarczycy regulują też procesy wzrostu i dojrzewania komórek organizmu, biorą udział w procesach oddychania komórkowego i wytwarzania energii oraz są niezbędne do utrzymania prawidłowej temperatury ciała.

Bibliografia

1. Wikipedia: fluoryt, dostęp:01.07.2021
2. Wikipedia: apatyt, dostęp:01.07.2021
3. Wikipedia: yellowcake, dostęp:01.07.2021
4. K. Berend, L. H. van Hulsteijn, R. O. Gans: Chloride: the queen of electrolytes?, European Journal of Internal Medicine (2012) 23, p. 203.

Ostatnio zmieniona Niedziela 08 z Maj, 2022 18:53:11 UTC Autor: Urszula Lelek-Borkowska
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.