Битката со флуорот

Откривањето на флуорот е една од најдраматичните страници во историјата на хемијата. Тоа било вистинска борба со, за жал, не малку жртви. Флуорот е хемиски елемент со симбол F и атомски број 9. Тој е првиот халоген елемент и пристандардни услови е високо токсичен, бледожолт двоатомски гас. Како елемент со најголема електронегативност, тој е екстремно реактивен, моќно оксидациско средство и реагира вигорозно (силно; моќно; цврсто) со сите други елементи (освен со првите претставници на благородните гасови).

Запознавањето на човекот со соединенијата на овој елемент датира уште од античко време. Флуоритот, најчестиот минерал на флуор, се користел во металургијата и производството на стакло. Во 1670 година, дувачот на стакло од Нирнберг, Хајнрих Шванхард открил дека кога флуоритот реагира со сулфурна киселина, се ослободува гас што го кородира стаклото. Тој го искористил своето откритие за чисто практична цел - да го изгравира стаклото, без да се мачи со прашањето за природата на овој гас. Десет години подоцна, познатиот шведски хемичар Карл Шеле ја изразил идејата дека флуоритот е сол на непозната киселина, која во чест на неговата татковина го добила името шведска киселина. Научникот бил цврсто убеден дека содржи нов, непознат, но особено активен хемиски елемент.

Андреас Сигисмунд Маргграф го направил првиот дефинитивен препарат на флуороводородна киселина во 1764 година кога го загреал флуоритот со сулфурна киселина во стаклен сад, кој во голема мера кородирало од производот.

Се сеќавате на сценава?

Во релативно чиста форма, шведската киселина ја добиле француските хемичари Жозеф-Луј Геј-Лусак и Луис-Жак Тенар со дестилирање на мешавина од флуорит и сулфурна киселина. Во текот на експериментите и двајцата добиле сериозно повреди. Врз основа на аналогијата во својствата на шведската и солната (хлороводородна) киселина, францускиот физичар Андре-Мари Ампер ја изразил идејата дека таа не содржи кислород.

Како веќе сè да станувало јасно а останувало само изолацијата на новиот елемент. Уште пред да се направи ова, Ампер предложил да се именува флуор (на старогрчки φθόρος значи „деструктивен“). Според други извори, зборот „флуор“ потекнува од латинското име на минералот, флуорит, кој првпат бил спомнат во 1529 година од Георгиус Агрикола, „таткото на минералогијата“. Тој го опишал флуоритот како флукс - додаток кој помага во топењето на рудите и згура за време на топењето.

Искуството на англиските браќа Џорџ и Томас Нокс завршува трагично - Томас добил сериозно труење, како резултат на што починал, а Џорџ останал инвалид. Загинуваат и французинот Д. Никлас и белгиецот П.Лает. Бројни експерименти направил и познатиот англиски хемичар Хемфри Дејви - откривачот на натриумот, калиумот, магнезиумот, калциумот, стронциумот и бариумот. Без успех, но затоа скоро ослепел!

Непослушниот елемент го одбил и тој напад!

Не успеал ниту генијалниот Антоан Лоран де Лавоазје - член на Париската академија на науките и нејзин претседател. Колосот на науката – Мајкл Фарадеј, посветил петнаесет години на решавање на оваа задача!

Повеќе од сто години, „непробојниот“ елемент жестоко ги одбива нападите на најпаметните умови на науката. Но сепак опсадата околу него се стеснувала и денот на неговата капитулација незапирливо се приближувала. На 26 јуни 1886 година, преку електролиза на безводна шведска киселина на минус 23 степени Целзиусови, Французинот Анри Моасан забележал ослободување на жолто-зелен гас со неверојатна агресивност и хемиска активност на анодата. Тоа бил флуорот!

Откако се обидел многу различни пристапи, тој ги надградил претходните обиди со комбинирање на калиум флуорид и флуороводород. Добиениот раствор спроведувал електрична енергија. Неговата апаратура била целосно отпорна на корозија: контејнери направени од мешавина на платина и иридиум (хемиски поотпорни од чиста платина) со флуоритни затворачи.Исто така, конструирал специјален апарат - 5 метри долги платинести цевки со флуоритни прозорци - за да ја одреди жолтата боја на флуорниот гас.

Се разбира, Моасан го пријавил своето откритие до Француската академија на науките, која назначила тричлена комисија од авторитетни хемичари за да ја потврди нејзината веродостојност. Тестот завршил неуспешно - не е забележано ослободување на флуор! Сепак, Моасан не се откажал, темелно ги анализирал условите на експериментот и ја открил причината. Претерувајќи со педантност, тој темелно ја прочистил шведската киселина пред демонстрациите, што се покажало како грешка,бидејќи токму нечистотиите ја обезбедувале спроводливоста на медиумот, т.е. текот на процесот на електролиза. Повторната демонстрација била успешна! За неговото извонредно откритие во 1906 година, Анри Моасан ја добил Нобеловата награда.

Henri Moissan

Колку била важноста на неговото откритие се гледа од говорникот што му ја предавал медалјата „Целиот свет се восхитува на големата експериментална вештина со која го проучувавте тој див ѕвер меѓу елементите“.

Сега победниците можеле потемелно да го испитаат својот заробеник, но со потребното екстремно внимание. Очекувано, се покажа како неверојатно агресивен, многу повеќе од кој било познат хемиски елемент!

Струја на флуор ја запалил водата, која горела со бледо син пламен.

За време на ова согорување, сепак, се ослободувал кислород! Да, кислород! За прв пат се покажало дека кислородот не е причина, туку производ на согорување! Во денешно време е познато дека причината за ова единствено својство на флуорот е структурата на неговата електронска обвивка, во која може да се достигне т.н. стабилен октет, недостасува еден електрон. Неговите другари - хлор, бром и јод - исто така имаат природна желба да го стекнат својот електрон што недостасува, со цел да се постигне стабилна електронска структура, но желбата на флуорот е безгранична и незапирлива. Откако ќе го прими потребниот електрон, тој го брани „со заби и нокти“ и жестоко се спротивставува на неговото отстранување. Сега е јасно зошто сите обиди да се добие флуор со оксидација на неговите соединенија завршиле без успех. Единственото решение е употребата на универзалниот оксидатор - процесот на електролиза.

Во 1897 година, Анри Моасан и Џејмс Дувар на температура од минус 187 степени Целзиусови и притисок од 327 mm Hg успеале да го втечат флуорот. Неколку години подоцна, по дополнително ладење на светло жолтата течност, научниците ја принудуваат да се кристализира во форма на светло жолти кристали.

Повеќе од педесет години по неговото откривање, смелиот и непослушен хемиски елемент остана на маргините на големата хемија и секоја практична примена. Но, во 1938 година, Американецот Рој Плункет - вработен во американската компанија ДуПонт, за време на експеримент со гасот тетрафлуороетилен, открил формирање на бела супстанца слична на азбест. Се покажа дека е полимер на тетрафлуороетилен - политетрафлуороетилен. Проучувањето на неговите својства покажа дека има неверојатна хемиска отпорност - со искрен презир ја третираше дури и царската вода, растворувачот против кој ни златото не може да одолее! Сега овој полимер е познат под широко популарното име - тефлон. Необичниот полимер брзо наоѓа неверојатен број на примени - од производство на нелепливи садови за готвење, до делови за медицински помагала и производи за авијација и ракети.

Во природата има три изотопи на ураниум - U-238 (99,27%), U-235 (72%) и U-234 (0,0055%). Содржината на изотопот U-235 е премногу ниска, но токму тој се користи во нуклеарната енергија и за создавање нуклеарно оружје. А флуорот е тој што игра клучна улога во одвојувањето на вредниот изотоп од неговата смеса. Ова се случува во специјално дизајнирани центрифуги, во кои изотопите претходно се претвораат во соединенија на флуор - хексафлуориди.

Од очигледни причини, интересот за флуор неверојатно расте. Се раѓаат многу нови флуорополимери - се формира цела група на пластика со извонредни својства и неверојатни примени. Флуорот е компонента на современите средства за ладење - флуоројаглеводородите (HFC), кои ги заменуваат трихлорофлуорометанот (Фреон-11) и дихлородифлуороменот (Фреон-12), на кои има сериозни приговори поврзани со уништувањето на озонската обвивка на планетата.Како моќен оксиданс без никаков конкурент, флуорот се користи како компонента на горивата за ракетни мотори.

Во 1962 година, Канаѓанецот Нил Бартлет го уништил митот за инертноста на т.н. благородни гасови, добивајќи соединение помеѓу ксенон, платина и флуор - ксенон хексафлуоплатинат. Всушност, подоцна се покажало дека станува збор за мешавина од флуориди, од кои два го вклучуваа и „инертниот“ гас ксенон. За кратко време се синтетизирани околу 500 соединенија на благородните гасови, вклучително и криптон. Љубопитно е што во современите учебници оваа информација е премногу умерено претставена, иако е од исклучителен интерес.

Колку и да изгледа чудно, овој неверојатно агресивен хемиски елемент е корисен за човечкото тело, во кое врши голем број важни функции. Неговата содржина во него се проценува на само 2,6 грама, но бројните клинички опсервации докажуваат дека игра клучна улога во голем број биохемиски и физиолошки процеси - зголемување на капацитетот на имунолошката одбрана, зајакнување на забната глеѓ, спречување на кариес и периодонтитис, спротивставување на развој на остеопороза, поддршка на хематопоетски апарат, отстранување на радионуклиди итн.

Научниците се согласуваат дека, иако послушен, флуорот е далеку од откривање на сите негови тајни. Битката со него продолжува...

Најнов и побезбеден метод

Генерирањето на флуор гас се постигнува на собна температура преку електролиза на CuF2 во стопена сол CsF-2,45HF без еволуција на гасовит H2. Стабилна електролиза со Ni анода (чистота F2 над 99 %), доведе до безбеден и погоден метод за генерирање на флуор гас со висока чистота за мали лаборатории и индустриски апликации.