Fluor

český názevFluor
latinský názevFluorum
anglický názevFluorine
chemická značkaF
protonové číslo9
relativní atomová hmotnost18,9984032
perioda2
skupinaVII.A
zařazeníhalogeny
rok objevu1886
objevitelH. Moissan
teplota tání [°C]-219,62
teplota varu [°C]-188,14
kritická teplota [°C]-129,02
kritický tlak [MPa]5,172
hustota [g cm-3]0,001696
elektronegativita3,98
oxidační stavy-I
elektronová konfigurace[He]2s2 2p5
atomový poloměr [pm]42
kovalentní poloměr [pm]71
specifické teplo [J g-1K-1]0,82
slučovací teplo [kJ mol-1]0,2552
tepelná vodivost [W m-1 K-1]0,0277
1. ionizační potenciál [eV]17,4228
2. ionizační potenciál [eV]34,97
3. ionizační potenciál [eV]62,707
skupenství za norm. podmínekg

Chemické vlastnosti a reakce fluoru

Fluor je žlutozelený plyn pronikavého zápachu. V kapalném skupenství se vyskytuje jako světle žlutá kapalina. Fluor má ze všech chemických prvků nejvyšší elektronegativitu a jedná se o  mimořádně reaktivní chemický prvek. Kromě kyslíku, dusíku a chloru přímo reaguje téměř se všemi prvky. S vodíkem reaguje fluor explozívně za vzniku fluorovodíku, s ostatními nekovy za vývoje plamene. S kyslíkem se slučuje pouze nepřímo za vzniku několika různých fluoridů kyslíku, např. OF2, O2F2, O4F2 a dalších. Difluorid kyslíku je možné např. získat tavnou elektrolýzou hydrofluoridu draselného KHF2 nebo reakcí fluoru se zředěným roztokem hydroxidu sodného:

2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + H2O

Difluorid kyslíku je bezbarvý plyn, v kapalné formě se jedná o tmavě žlutou kapalinu. S vodou téměř nereaguje, ale reakce s vodní párou probíhá explozivně za vývoje značného množství tepla:

OF2 + H2O → O2 + 2HF

Od difluoridu kyslíku OF2 se odvozuje jediná známá kyslíkatá kyselina fluoru - kyselina fluorná HFO, další oxokyseliny fluoru nejsou známy. Kyselina fluorná se připravuje reakcí fluoru s ledem:

F2 + H2O(s) → HFO + HF

Reakce fluoru s kapalnou vodou probíhá za vzniku flurovodíku a kyslíku:

2F2 + H2O(l) → 4HF + O2

Reakce fluoru s ostatními halogeny probíhá za vzniku interhalogenů typu: XF, XF3 a XF5, s jodem i XF7.

Fluor jako jediný známý prvek tvoří valenční sloučeniny s netečným plynem radonem. Elementární fluor i řada fluoridů patří mezi extrémně silná oxidační činidla, fluorid platinový PtF6 oxiduje i netečný plyn xenon. Ve sloučeninách vystupuje fluor výhradně v oxidačním stupni -I.

Výskyt fluoru v přírodě

Elementární fluor poprvé připravil francouzský chemik Ferdinand Frederick Henri Moissan v roce 1886 elektrolýzou roztoku hydrofluoridu draselného KHF2 v kapalném fluorovodíku při teplotě -50°C. Za izolaci elementárního fluoru byl H. Moissan v roce 1906 oceněn Nobelovou cenou za chemii.

Průměrný obsah fluoru v zemské kůře je 0,0585 %. V přírodě se elementární fluor jako prvek, díky své značné reaktivitě, nevyskytuje. Ojedinělý výskyt přírodního elementárního fluoru je znám v antozonitu (páchnoucí fluorit) z dolu Wölsendorf v Bavorsku.

Hydrotermální žíla fluoritu

Ve zdejším radioaktivním fluoritu byly zjištěny až 200 nm velké bubliny fluoru. Elementární fluor se uvolňuje z fluoridu vápenatého působením beta záření, jehož zdrojem je uran přítomný v antozonitu.

Přírodní fluor je ze 100 % tvořen stabilním izotopem 19F, uměle bylo připraveno dalších 10 nestabilních izotopů fluoru s nukleonovými čísly 15 až 25.

Nejdůležitějšími užitkovými nerosty fluoru jsou minerály fluorit (kazivec) CaF2 a kryolit Na3[AlF6]. Ze všech nerostů má nejvyšší obsah fluoru (73,24 % F) minerál griceit LiF, barberit (NH4)BF4 obsahuje 72,5% fluoru a ferucit NaBF4 obsahuje 69,2% F. Celkem bylo popsáno přes 440 nerostů s obsahem fluoru.

Fotografie zachycuje hydrotermální žílu fluoritu v druhohorních sedimentech bývalého fluoritového dolu Jílové u Děčína.

Těžba a zásoby

V roce 2011 dosáhla celosvětová těžba všech užitkových minerálů fluoru hodnotu 6,5 Mt. Největším producentem je s roční těžbou 3,3 Mt Čína, 1 Mt se vytěžilo v Mexiku, 430 kt v Mongolsku a 270 kt v JAR. Celosvětové ověřené zásoby nerostů fluoru jsou 240 Mt. Největším evropským producentem fluoritu je s roční těžbou 132 kt Španělsko, 60 kt fluoritu se těží v Německu a 26 kt ve Velké Británii. Zásoby fluoritu v ČR dosahují hodnoty 2 Mt, na našem území jsou evidovaná 4 v současnosti netěžená ložiska s bilancovanými zásobami fluoritu - Běstvina, Jílové u Děčína, Moldava a Kovářská.

Výroba a využití fluoru

Průmyslová výroba fluoru se provádí elektrolýzou taveniny hydrofluoridu draselného KHF2 nebo dihydrofluoridu draselného KH2F3. Elektrolýza probíhá při teplotě 250-300°C v elektrolyzérech vyrobených ze slitin niklu. Surový fluor se rafinuje vymražováním nebo absorbcí. Laboratorní příprava fluoru je možná termickým rozkladem některých fluoridů:

2CoF3 → F2 + 2CoF2
IF7 → F2 + IF5

Přímé využití nachází fluor jako okysličovadlo v raketových motorech a jako fluorační činidlo ve velké řadě organických reakcí.

Značný význam mají sloučeniny odvozené od alifatických uhlovodíků náhradou vodíku za fluor - freony. Fluorované polymery slouží k výrobě hydrofobizačních prostředků pro stavebnictví a textilní průmysl. Fluorid sodný NaF a fluorid cínatý SnF2 se přidávají jako desinfekce do zubních past a slouží k ochraně dřeva před hnilobou. Fluorid zirkoničitý ZrF4, niobičný NbF5 a železitý FeF3 se používají jako katalyzátory rozkladu hydridů hořčíku, které slouží jako zdroje vodíku. Fluorid sírový SF6 se využívá k přípravě inertní atmosféry při odlévání hořčíkových slitin, ve směsi s dusíkem nebo argonem slouží k odstraňování vodíku a dalších nežádoucích prvků, které způsobují poréznost hliníku a mědi. Hexafluorid síry se také používá jako zvukově izolační plyn do dvojitých skel oken. Hydrofluorid amonný NH4HF2 se používá jako desinfekční činidlo v lihovarnictví a k leptání skla. Fluorid boritý BF3 se používá jako katalyzátor iontových polymerací alkenů, fluoridy stříbrnatý AgF2, kobaltitý CoF3, niklitý NiF3, chloritý ClF3, bromitý BrF3, fosforečný PF5 a siřičitý SF4 jsou důležitá fluorační činidla. Fluorid dusitý NF3 a methylfluorid CH3F se používají jako selektivní leptací činidla při výrobě polovodičů. Krátkodobý pozitronový radionuklid 18F (T1/2 = 110 min.) se požívá v emisní tomografii.

V době národního obrození navrhoval Presl pro fluor český název tekutík, Amerling prosazoval název kazík. Další historické zastaralé názvy chemických prvků.

Zdroje

kyslík ← fluor → neon