Fluorowce
Fluorowce nazywa się halogenami lub chlorowcami, od nazwy pierwiastka najbardziej charakterystycznego dla tej grupy ( Rys. 1 ).
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.
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:
a następnie przerabia na wolny fluor.
Fluor można otrzymać także w procesie elektrolizy stopionych fluorków:
Anoda:
Chlor otrzymuje się w procesie elektrolizy wodnych roztworów NaCl:
Brom otrzymuje się wypierając go ze związków chlorem:
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.
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.
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.
\( HCl \) 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
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:01.07.20212. 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.