Фтор и его соединения

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«********** ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

 

 

 

 

 

 

 

 «Фтор и его соединения»

Курсовая  работа

 

 

 

Выполнил:

студентка * курса,* группы

факультета биологии

Ф.И.

 

Проверил:

*****

Ф.И.О.

 

 

 

 

 

 

 

Мичуринск, 2012

Содержание

   Введение

    Глава I. Общая характеристика фтора.

1.1.Распространение фтора в природе.

1.2.Из истории фтора.

1.3.Свойства и особенности элементарного фтора.

    Глава II. Физико-химические свойства фторуглеродов.

2.1. Физические свойства фторуглеродов.

2.2. Химические свойства фторуглеродов.

     Глава III. Применение фторпроизводных.

3.1. Фторопласты.

3.2. Красящие, лекарственные и токсические вещества.

   Заключение.

   Библиографический список.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Пожалуй, ни с  одним из химических элементов не связано столько своеобразных, подчас поэтических, а иногда странных названий. Фтор по праву называют самым активным и самым электроотрицательным элементом, элементом удивительных свойств и необыкновенной судьбы, неприступным, разрушительным и неукротимым, элементом неожиданных реакций и агрессивных свойств.

Не так давно  упоминание о фторе и его соединениях  вызывало представление о протравленном стекле, разрушающейся металлической аппаратуре, необыкновенной коррозии и о почти непреодолимых экспериментальных трудностях.

Теперь, когда  говорят о новой химии, поставленной на службу атомной и реактивной технике, технике авиации и космических исследований, приходится вспоминать о фторе и грандиозном здании его соединений с углеродом и другими элементами.

Фтор не существует в природе в свободном состоянии. Техника прошлых столетий использовала только минеральные соединения фтора. Хотя со времени синтеза первого фторорганического соединения прошло более ста лет, химия фторорганических соединений стала развиваться только в последнюю четверть века. Работы отдельных исследователей — Свартса, Руфа, Бородина, построивших первый, но достаточно устойчивый мост между неорганическими и органическими фторидами, долгое время не находили практического применения.

Длительная  и волнующая история получения  свободного фтора, полная неудач и трагических происшествий, закончилась победой химиков. Фтор был выделен из соединений с другими элементами, и это позволило обнаружить его поразительную реакционную способность. Сразу же начались попытки укрощения фтора, с разрушительной силой реагирующего почти со всеми элементами и соединениями. Эта работа полна интересных и значительных открытий, которые привели науку к созданию новых веществ, не имеющих аналогов в природе, веществ с удивительными свойствами, существование которых трудно было предсказать.

Укрощение самого активного элемента закончилось созданием фторуглеродов, которых за их химическую и термическую стойкость назвали веществами с алмазным . сердцем и шкурой носорога.

В связи  с возникшей в начале 40-х годов  нашего столетия потребностью в материалах с новыми особыми свойствами внимание химиков сконцентрировалось на этом наиболее активном неметаллическом элементе. Мощный сдвиг в развитии химии фтора произошел во время второй мировой войны, когда необыкновенные свойства его были использованы для решения задач по овладению ядерной энергией. С помощью летучих фторидов урана удалось осуществить разделение его изотопов.

Оборудование  для получения изотопов урана  и обогащения природного урана нужным изотопом работает в среде таких агрессивных веществ, как шестифтористый уран и фтористый водород. В связи с этим потребовалось создать химически устойчивые прокладочные материалы, смазочные масла, покрытия и др. Это было достигнуто в результате успешных исследований в области фтор- органических соединений; впервые были широко рассмотрены и оценены уникальные свойства фтора, позволяющие создавать при его помощи очень стабильные материалы. Так были получены фторуглероды и другие вещества с высокой термической устойчивостью, обладающие наряду с большим молекулярным весом необыкновенно высокой летучестью, плотностью, низким показателем преломления и специфической растворимостью.

Первое  знакомство со свойствами некоторых  фторуглеродов позволило предугадать  среди них соединения, могущие  быть использованными в качестве взрывобезопасных невоспламеняемых материалов, пригодных для гидравлических систем, рефрежирантов, запорных жидкостей и смазочных материалов.

Использование физико-химических особенностей перфорированных соединений, хорошо иллюстрируемых на свойствах фторуглеродов, фтороксидов и фторнитридов, вызвало широкие исследования методов получения и свойств фторорганических веществ с различными функциональными группами.

Блестящие работы по органическим соединениям  фтора, имеющие общенаучное значение, в последнее десятилетие вылились в интереснейшую главу органической химии.

Накопившиеся  к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что химия соединений фтора становится обширным и важным разделом науки.

Огромные  запасы фтора в земной коре и его  особые свойства открывают все возрастающие перспективы использования этого элемента в различных областях науки и техники.

Химию фтора едва ли можно назвать новой  областью. Многие неорганические соединения фтора: плавиковый шпат, криолит, фториды  металлов, плавиковая кислота, трехфтористый  бор уже длительное время применяются в промышленности. Применение многих других соединений фтора, обладающих интересными свойствами, ограничивалось малой доступностью элементарного фтора. Разработка новых способов введения фтора в органические соединения и сравнительно недавние усовершенствования конструкций электролизеров сделали органические соединения фтора широко доступными. С этого времени химия фтора прочно входит в народное хозяйство, в научную практику, в быт. Большое внимание привлекает применение фторидов в скоростной авиации и ракетной технике.

Фтор  и его многочисленные соединения являются важными объектами для  изучения ряда фундаментальных научных  проблем (природа сил Ван-дер-Ваальса, водородные связи, теории растворов и др.).

Без преувеличения можно сказать, что в настоящее время создана новая химия — химия фторуглеродных соединений, теоретическое и практическое значение которой увеличивается с каждым днем.

 

Глава I. Общая характеристика фтора.

 

1.1. Распространение фтора в природе

Когда говорят о соединениях фтора, часто кажется, что это довольно редкие вещества и уже, конечно, более редкие, чем соединения хлора. В действительности же фтора в природе значительно больше, чем хлора. По подсчетам академика А. Е. Ферсмана, в земной коре имеется около 0,05—0,06 весовых процентов хлора, тогда как содержание фтора достигает 0,08%. Некоторые авторы увеличивают эту цифру до 0,10%. Это показывает, что в среднем на 1 m твердой породы приходится 800—1000 г фтора. Таким образом, фтор - широко распространенный, элемент Земли. В ряду других элементов он должен I быть поставлен на тринадцатое или четырнадцатое место. Из-за своей высокой химической активности фтор встречается в природе исключительно в виде соединений с другими элементами, главным образом в виде солей фтористоводородной кислоты. Чрезвычайно малые количества свободного фтора обнаруживаются в некоторых образцах плавикового шпата; его присутствие там объясняется разложением фтористого кальция под влиянием радиоактивного излучения. Из элементов, наиболее распространенных в земной коре, особенно большое химическое сродство фтор проявляет к кальцию и алюминию и встречается главным образом в виде соединений с этими элементами.

Наиболее  важным фторсодержащим минералом является плавиковый шпат, или флюорит, состоящий в основном из фтористого кальция CaF2; в этом соединении содержится до 49% фтора. Обычно плавиковый шпат встречается в виде больших бесцветных кристаллов; известны также окрашенные разновидности его (синяя, желтая, зеленая). Прозрачные кристаллы флюорита, имеющие большую ценность для оптической промышленности, встречаются редко. Некоторые образцы плавикового шпата флуоресцируют. Само слово флуоресценция произошло, по-видимому, от латинского названия плавикового шпата — флюорит.

Плавиковый шпат — сравнительно широко распространенный минерал. В Советском Союзе имеется несколько крупных месторождений его: в Забайкалье (Солнечное, Седловское, Абагатуевское, Калангуйское), в Ненецком национальном округе (Амдерминское), в Средней Азии (Такобское и Аураохматское). На реке Чаткал в предгорьях Тянь-Шаня также много плавикового шпата: местные жители называют его Санг-и-Сафет (белый камень).

Крупными  месторождениями плавикового шпата  располагают США и Англия. В США основные запасы плавикового шпата находятся в штатах Иллинойс и Кентукки. Здесь сосредоточено 85% промышленной добычи флюорита. По подсчетам, опубликованным Американским химическим обществом, запасов плавикового шпата при современном развитии фторной промышленности хватит в США на 30—40 лет. В 1957 г. мировое производство плавикового шпата достигало 1,7 млн. т, из них 0,787 млн. т приходилось на долю США. По сравнению с 1948 г., производство плавикового шпата в 1957 г. увеличилось в США вдвое.

В добываемых рудах содержится 20% и более фтористого кальция. Руды подвергают обогащению методами флотации, для чего используют тяжелые жидкости с удельным весом 2,6—3,1. В США вырабатывается несколько сортов плавикового шпата, например металлургический (содержащий 85% фтористого кальция) и керамический (до 95%). Наиболее богат по содержанию фтористого кальция так называемый кислотный фторид; из него получают плавиковую кислоту.

Большая часть добываемого фторида кальция  использовалась ранее в металлургии. Сейчас, в связи с успехами химии фтора, основным потребителем этого продукта стала химическая промышленность, где он используется главным образом для производства фтористого водорода.

Рост  промышленной химии фтора можно  иллюстрировать данными об изменении потребления плавикового шпата в США. В 1948 г. металлургическая промышленность использовала 57% добываемого фтористого кальция, химическая — только 27%; в 1957 г. потребление его в химической промышленности возросло до 51 %, а в металлургической снизилось до 38%.

Среди минералов, содержащих фтор, большое значение \ имеют также апатиты и фосфориты — основное сырье для производства фосфорных удобрений. Главными составными частями этих ископаемых является фторапатит Са₃(Р0₄)₂ CaF₂ и трикальцийфосфат Саз (Р0₄)2. Крупнейшие в мире месторождения апатита находятся в СССР, на Кольском полуострове. Основные залежи апатита в США расположены в штатах Теннеси, Флорида и севернее Скалистых гор. Годовая добыча США составляет 15 млн. т апатита, содержащего более 400 тыс. т фтора. Крупные месторождения высококачественного апатита имеются также в Северной Африке.

В обогащенных  фосфоритах в среднем содержится 2,5—3,2% фтора. Хотя по сравнению с  содержанием фтора в плавиковом шпате это количество невелико, огромные запасы и широкие масштабы переработки апатитов и фосфоритов в искусственные удобрения позволяют считать их важнейшим источником получения фтора.

В каждой тонне перерабатываемой руды содержится более 30 кг фтора. До недавнего времени фтористый кремний (SiF₄), образующийся при разложении апатита серной кислотой, выбрасывался в атмосферу. В настоящее время, правда, пока еще небольшую часть его поглощают водой, превращая в кремнефтористоводородную кислоту. При нейтрализации кислоты хлоридами, окислами, карбонатами или сульфатами щелочных и щелочноземельных металлов получаются соответствующие кремнефториды.

Фтор  встречается в природе и в  виде комплексных солей. Наиболее важная из них - криолит Na₃AlFe₆, который образует сероватые, желтые, красные, иногда бесцветные призматические кристаллы. Наиболее значительные залежи криолита имеются в Гренландии; в меньших количествах он встречается на Урале, в Колорадо (США) и других местах. В связи с большим потреблением криолита в алюминиевой промышленности в настоящее время производят синтетический криолит. Значительно реже встречаются фторалюминаты натрия (хиолит) и лития (криолитионит), а также минералы флиэллит и топаз, содержащие фтор в качестве основного компонента.

Простейшие  из солей фтористоводородной кислоты  — редко встречающиеся в природе  фтористый натрий — вильяумит (он входит в состав некоторых нефелиновых пород) и фтористый магний — селляит, обнаруженный в вулканических породах. Там же найдены две соли кремнефтористоводородной кислоты (фторсиликаты) — хиратит и малладрит. Все эти минералы, а также большая группа редко встречающихся фторкарбонатов и фтор - сульфатов промышленного значения не имеют.

Среднее содержание связанного фтора в почвах русской равнины (0,02%) и почвах других стран приблизительно одинаково. В районах, прилегающих к вулканам и вблизи фосфатных залежей, содержание фтора в почве резко повышено. На 1 л морской воды приходится 0,3 мг фтора, причем с глубиной его концентрация возрастает. В раковинах устриц фтора в 20 раз больше, чем в морской воде. В коралловых рифах заключены миллионы тонн фторидов. Меньше всего фтора в реках известковых районов, так как фтор, осаждается солями кальция. В водных источниках количество фтора может быть резко повышенным вследствие вымывания его соединений из минералов. Например, в воде французского источника Виши концентрация фтора достигает 6,3 мг/л. Исследование некоторых природных вод Казахстана показали, что наиболее обогащены фтором воды, вытекающие из гранитов, ч в первую очередь воды источников Тянь-Шаня; содержание фтора в них превышает 1 % веса сухого остатка.