Fluor

Fluor
9F
oxigen ← fluor → neó - ↑ F ↓ Cl Taula periòdica
Aspecte
Gas: groc molt pàl·lid Líquid: groc brillant Fluor líquid a temperatures criògenes
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Fluor, F, 9
Categoria d'elements	Halògens
Grup, període, bloc	17, 2, p
Pes atòmic estàndard	18,9984032(5)
Configuració electrònica	1s2 2s2 2p5 2, 7
Propietats físiques
Fase	Gas
Densitat	(0 °C, 101.325 kPa) 1,696 g/L
Densitat del líquid en el p. e.	1,505 g·cm−3
Punt de fusió	53,53 K, −219,62 °C
Punt d'ebullició	85,03 K, −188,12 °C
Punt crític	144,4 K, 5,215 MPa
Entalpia de vaporització	6,51 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	(Cp) (21,1 °C) 825 J·mol−1·K−1 (Cv) (21,1 °C) 610 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 38 44 50 58 69 85
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	−1 (oxida l'oxigen)
Electronegativitat	3,98 (escala de Pauling)
Energies d'ionització (més)	1a: 1.681 kJ·mol−1
	2a: 3.374 kJ·mol−1
	3a: 6.147 kJ·mol−1
Radi covalent	64 pm
Radi de Van der Waals	135 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Cúbica (Fluor sòlid al punt d'ebullició i a 1 atm)
Ordenació magnètica	Diamagnètic
Conductivitat tèrmica	0,02591 W·m−1·K−1
Nombre CAS	7782-41-4
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del fluor
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 18F traça 109,77 min β+ (96,9%) 0,634 18O ε (3,1%) 1,656 18O 19F 100% 19F és estable amb 10 neutrons Referència

El fluor és un element químic de nombre atòmic 9, situat en el grup dels halògens (grup 17) de la taula periòdica. El seu símbol és F.

És un gas a temperatura ambient, de color groc pàl·lid (absència de llum solar), format per molècules diatòmiques F₂. És el més electronegatiu i reactiu de tots els elements. En forma pura és altament perillós, causant greus cremades químiques en contacte amb la pell.

Característiques principals

El fluor és un gas corrosiu de color groc pàl·lid (absència de llum solar), fortament oxidant. És l'element més electronegatiu i reactiu i forma compostos amb pràcticament tota la resta d'elements, incloent-hi els gasos nobles xenó i radó. Fins i tot, en absència de llum i a baixes temperatures, el fluor reacciona explosivament amb l'hidrogen. Sota un raig de fluor dental en estat gasós, el vidre, metalls, aigua i altres substàncies com orina d'elefant (amb grans dosis d'urea), cremen en una flama brillant i inapagable. Sempre es troba en la natura combinat i té tal afinitat per altres elements, inclús el silici, que no es pot guardar en recipients de vidre, ja que reacciona amb ell malmetent el recipient.

En dissolució aquosa, el fluor es presenta normalment en forma de ió fluorur, F^-. Altres formes són fluorocomplexes com el [FeF₄]^-, o el H₂F⁺.

Els fluorurs són compostos en els que l'ió fluorur es combina amb algun ió carregat positivament.

El fluor és un element químic essencial per al ser humà.

Aplicacions

• El politetrafluoroetilè (PTFE), també denominat tefló, s'obté a través de la polimerització de clorodifluorometà, el qual s'obté a partir de la fluoració del corresponent derivat halogenat amb fluorur d'hidrogen, HF.
• També a partir de HF s'obtenen clorofluorocarburs (CFCs) (prohibits per la seva contribució en el forat de la capa d'ozó), hidroclorofluorocarburs (HCFCs) e hidrofluorocarburs (HFCs).
• El Fluorur d'hidrogen s'empra per a fer crionitzacions.
• S'empra fluor en la síntesi de l'hexafluorur d'urani, UF₆, que s'empra en l'enriquiment en ²³⁵U, usat en aplicacions d'energia nuclear.
• El fluorur d'hidrogen s'empra en l'obtenció de criolita sintètica, Na₃AlF₆, la qual s'usa en el procés d'obtenció d'alumini.
• Hi han distintes sals de fluor amb variades aplicacions. El fluorur de sodi, NaF, s'empra com a agent fluorant; el difluorur d'amoni, NH₄HF₂, s'empra en el tractament de superfícies, anoditzat de l'alumini, o en la indústria del vidre; el trifluorur de bor, BF₃, s'empra com a catalitzador; etc.
• Alguns fluorurs s'afegeixen a la pasta de dents i a l'aigua potable per a la prevenció de la càries.
• S'empra fluor monoatòmic en la fabricació de semiconductors.
• Té una gran quantitat d'ULA, una substància terriblement addictiva que s'usa per a produir forts al·lucinògens.
• L'hexafluorur de sofre, SF₆, és un gas dielèctric amb aplicacions electròniques. Aquest gas contribueix a l'efecte hivernacle i està inclòs en el Protocol de Kioto.

Història

Fluorita

El fluor (del llatí fluere, que significa "fluir") formant part del mineral fluorita, CaF₂, va ser descrit en 1529 per Georgius Agricola pel seu ús com fundent, empleat per a aconseguir la fusió de metalls o minerals. En 1670, Schwandhard va observar que s'aconseguia gravar el vidre, quan aquest era exposat a fluorita que havia sigut tractada amb àcid. Karl Scheele i molts investigadors posteriors, per exemple Humphry Davy, Gay-Lussac, Antoine L. Lavoisier o Louis J. Thénard, van realitzar experiments amb l'àcid fluorhídric (alguns d'aquests van acabar en tragèdia).

No es va aconseguir aïllar-lo fins molts anys després, pel fet que quan se separava d'algun dels seus compostos, immediatament reaccionava amb altres substàncies. Finalment, en 1886, el químic francès Henri Moissan el va aconseguir aïllar.

La primera producció comercial de fluor va ser per a la bomba atòmica del Projecte Manhattan, en l'obtenció d'hexafluorur d'urani, UF₆, empleat per a la separació d'isòtops d'urani. Aquest procés es continua emprant per a aplicacions d'energia nuclear.

Abundància i obtenció

El fluor és l'halogen més abundant en l'escorça terrestre, amb una concentració de 950 ppm. En l'aigua de mar es troba en una proporció d'aproximadament 1,3 ppm. Els minerals més importants en els que està present són la fluorita, CaF₂, la fluorapatita, Ca₅(PO₄)₃F i la criolita, Na₃AlF₆.

El fluor s'obté mitjançant electròlisi d'una mescla de HF i KF. Es produeix l'oxidació dels fluorurs:

2F^- - 2e^- → F₂

En el càtode es descarrega hidrogen, per la qual cosa és necessari evitar que entrin en contacte aquests dos gasos perquè no hi hagi risc d'explosió.

Compostos

S'empren nombrosos compostos orgànics en els quals s'han substituït formalment àtoms d'hidrogen per àtoms de fluor. Hi ha distintes formes d'obtenir-los, per exemple mitjançant reaccions de substitució d'altres halògens: CHCl₃ + 2HF → CHClF₂ + 2HCl

• Els CFCs s'han emprat en una àmplia varietat d'aplicacions, per exemple com a refrigerants, propel·lents, agents escumants, aïllants, etc., però pel fet que contribueixen a la destrucció de la capa d'ozó s'han anat substituint per altres compostos químics, com els HCFs. Els HCFCs també s'empren com a substituts, però també destrueixen la capa d'ozó, encara que en menor mesura a llarg termini.
• El politetrafluoroetilè (PTFE), és un polímer denominat comunament tefló.

L'àcid fluorhídric és una dissolució de fluorur d'hidrogen en aigua. És un àcid dèbil, però molt més perillós que àcids forts com el clorhídric. L'hexafluorur d'urani, UF₆, és un gas a temperatura ambient que s'empra per a la separació d'isòtops d'urani. El fluor forma compostos amb altres halògens presentant l'estat d'oxidació -1, per exemple, IF₇, BrF₅, BrF₃, ClF, etcètera. La criolita natural, Na₃AlF₆, és un mineral que conté fluorurs. S'extreia en Groenlàndia, però ara està pràcticament esgotada, per la qual cosa s'obté sintèticament per a ser empleada en l'obtenció d'alumini.

Paper biològic

El fluor és un oligoelement en mamífers en la seva forma de fluorur. S'acumula en ossos i dents donant-los una major resistència. S'afegeixen fluorurs en petites quantitats en pastes dentals i en aigües de consum per a evitar l'aparició de càries.

Isòtops

El fluor té un únic isòtop natural, el ¹⁹F. Aquest isòtop té un nombre quàntic de spin nuclear d'1/2 i es pot emprar en espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear. Se sol emprar com compost de referència el triclorofluorometà, CFCl₃.

Precaucions

El fluor i el HF han de ser manejats amb gran atenció i cal evitar totalment qualsevol contacte amb la pell o amb els ulls.

Tant el fluor com els ions fluorur són altament tòxics. El fluor presenta una característica olor acre i és detectable en unes concentracions tan baixes com 0,02 ppm, valor inferior als límits d'exposició recomanats en el treball.

Enllaços externs

• WebElements.com - Fluor (anglès).
• EnvironmentalChemistry.com - Fluor (anglès).
• És Elemental - Fluor (anglès).