Le fluor est un élément chimique (symbole F, numéro atomique 9), un non-métal qui appartient au groupe des halogènes. C'est la substance la plus active et la plus électronégative. À température et pression normales, la molécule de fluor est un gaz toxique jaune pâle de formule F2. Comme les autres halogénures, le fluor moléculaire est très dangereux et provoque de graves brûlures chimiques au contact de la peau.
Utiliser
Le fluor et ses composés sont largement utilisés, notamment pour la production de produits pharmaceutiques, agrochimiques, de carburants, de lubrifiants et de textiles. L'acide fluorhydrique est utilisé pour graver le verre, tandis que le plasma fluoré est utilisé pour produire des semi-conducteurs et d'autres matériaux. De faibles concentrations d'ions F dans le dentifrice et l'eau potable peuvent aider à prévenir les caries dentaires, tandis que des concentrations plus élevées se trouvent dans certains insecticides. De nombreux anesthésiques généraux sont des dérivés d'hydrofluorocarbures. L'isotope 18F est une source de positons pour l'obtention médicalel'imagerie par tomographie par émission de positrons, et l'hexafluorure d'uranium est utilisé pour séparer les isotopes de l'uranium et produire de l'uranium enrichi pour les centrales nucléaires.
Historique des découvertes
Les minéraux contenant des composés fluorés étaient connus bien des années avant l'isolement de cet élément chimique. Par exemple, le spath fluor minéral (ou fluorite), constitué de fluorure de calcium, a été décrit en 1530 par George Agricola. Il a remarqué qu'il pouvait être utilisé comme fondant, une substance qui aide à abaisser le point de fusion d'un métal ou d'un minerai et aide à purifier le métal désiré. Par conséquent, le fluor tire son nom latin du mot fluere ("couler").
En 1670, le souffleur de verre Heinrich Schwanhard découvrit que le verre était gravé par l'action du fluorure de calcium (spath fluor) traité à l'acide. Carl Scheele et de nombreux chercheurs ultérieurs, dont Humphry Davy, Joseph-Louis Gay-Lussac, Antoine Lavoisier, Louis Thénard, ont expérimenté l'acide fluorhydrique (HF), qui a été facilement obtenu en traitant CaF avec de l'acide sulfurique concentré.
En fin de compte, il est devenu clair que HF contenait un élément jusque-là inconnu. Cependant, en raison de sa réactivité excessive, cette substance n'a pas pu être isolée pendant de nombreuses années. Il est non seulement difficile à séparer des composés, mais il réagit immédiatement avec leurs autres composants. L'isolement du fluor élémentaire de l'acide fluorhydrique est extrêmement dangereux, et les premières tentatives ont aveuglé et tué plusieurs scientifiques. Ces personnes sont connues sous le nom de « martyrs »fluor.”
Découverte et production
Enfin, en 1886, le chimiste français Henri Moissan parvient à isoler le fluor par électrolyse d'un mélange de fluorures de potassium fondus et d'acide fluorhydrique. Pour cela, il a reçu le prix Nobel de chimie en 1906. Son approche électrolytique continue d'être utilisée aujourd'hui pour la production industrielle de cet élément chimique.
La première production à grande échelle de fluor a commencé pendant la Seconde Guerre mondiale. Il était nécessaire pour l'une des étapes de création d'une bombe atomique dans le cadre du projet Manhattan. Le fluor a été utilisé pour produire de l'hexafluorure d'uranium (UF6), qui à son tour a été utilisé pour séparer les deux isotopes 235U etl'un de l'autre 238U. Aujourd'hui, l'UF gazeux6 est nécessaire pour produire de l'uranium enrichi pour l'énergie nucléaire.
Les propriétés les plus importantes du fluor
Dans le tableau périodique, l'élément est au sommet du groupe 17 (anciennement groupe 7A), qui est appelé halogène. D'autres halogènes comprennent le chlore, le brome, l'iode et l'astatine. De plus, F est dans la seconde période entre l'oxygène et le néon.
Le fluor pur est un gaz corrosif (formule chimique F2) avec une odeur piquante caractéristique qui se trouve à une concentration de 20 nl par litre de volume. En tant que plus réactif et électronégatif de tous les éléments, il forme facilement des composés avec la plupart d'entre eux. Le fluor est trop réactif pour exister sous forme élémentaire et a une telleaffinité avec la plupart des matériaux, y compris le silicium, qu'il ne peut pas être préparé ou stocké dans des récipients en verre. Dans l'air humide, il réagit avec l'eau pour former le tout aussi dangereux acide fluorhydrique.
Le fluor, en interaction avec l'hydrogène, explose même à basse température et dans l'obscurité. Il réagit violemment avec l'eau pour former de l'acide fluorhydrique et de l'oxygène gazeux. Divers matériaux, y compris des métaux et des verres finement dispersés, brûlent avec une flamme vive dans un jet de fluor gazeux. De plus, cet élément chimique forme des composés avec les gaz nobles krypton, xénon et radon. Cependant, il ne réagit pas directement avec l'azote et l'oxygène.
Malgré l'activité extrême du fluor, des méthodes pour sa manipulation et son transport en toute sécurité sont désormais disponibles. L'élément peut être stocké dans des conteneurs en acier ou en monel (alliage riche en nickel), car des fluorures se forment à la surface de ces matériaux, ce qui empêche toute réaction ultérieure.
Les fluorures sont des substances dans lesquelles le fluor est présent sous forme d'ion chargé négativement (F-) en combinaison avec certains éléments chargés positivement. Les composés fluorés avec des métaux sont parmi les sels les plus stables. Lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, ils se divisent en ions. D'autres formes de fluor sont des complexes, par exemple, [FeF4]-, et H2F+.
Isotopes
Il existe de nombreux isotopes de cet halogène, allant de 14F à 31F. Mais la composition isotopique du fluor n'en comprend qu'un seul,19F, qui contient 10 neutrons, car c'est le seul qui soit stable. L'isotope radioactif 18F est une source précieuse de positrons.
Impact biologique
Le fluor dans le corps se trouve principalement dans les os et les dents sous forme d'ions. La fluoration de l'eau potable à une concentration inférieure à une partie par million réduit considérablement l'incidence des caries - selon le Conseil national de la recherche de l'Académie nationale des sciences des États-Unis. D'autre part, une accumulation excessive de fluorure peut entraîner une fluorose, qui se manifeste par des dents marbrées. Cet effet est généralement observé dans les zones où la teneur de cet élément chimique dans l'eau potable dépasse une concentration de 10 ppm.
Le fluor élémentaire et les sels de fluorure sont toxiques et doivent être manipulés avec beaucoup de précautions. Le contact avec la peau ou les yeux doit être soigneusement évité. La réaction avec la peau produit de l'acide fluorhydrique, qui pénètre rapidement dans les tissus et réagit avec le calcium des os, les endommageant de façon permanente.
Fluor environnemental
La production mondiale annuelle de fluorite minérale est d'environ 4 millions de tonnes, et la capacité totale des gisements explorés est de 120 millions de tonnes. Les principales zones d'extraction de ce minéral sont le Mexique, la Chine et l'Europe occidentale.
Le fluor est naturellement présent dans la croûte terrestre, où il se trouve dans les roches, le charbon et l'argile. Les fluorures sont libérés dans l'air par l'érosion éolienne des sols. Le fluor est le 13e élément chimique le plus abondant dans la croûte terrestre - son contenuéquivaut à 950 ppm. Dans les sols, sa concentration moyenne est d'environ 330 ppm. Le fluorure d'hydrogène peut être libéré dans l'air à la suite de processus de combustion industriels. Les fluorures qui sont dans l'air finissent par tomber sur le sol ou dans l'eau. Lorsque le fluor se lie à de très petites particules, il peut rester dans l'air pendant de longues périodes.
Dans l'atmosphère, 0,6 milliardième de cet élément chimique est présent sous forme de brouillard salin et de composés chlorés organiques. Dans les zones urbaines, la concentration atteint 50 parties par milliard.
Connexions
Le fluor est un élément chimique qui forme une large gamme de composés organiques et inorganiques. Les chimistes peuvent le remplacer par des atomes d'hydrogène, créant ainsi de nombreuses nouvelles substances. L'halogène hautement réactif forme des composés avec les gaz nobles. En 1962, Neil Bartlett a synthétisé l'hexafluoroplatinate de xénon (XePtF6). Des fluorures de krypton et de radon ont également été obtenus. Un autre composé est le fluorhydrure d'argon, qui n'est stable qu'à des températures extrêmement basses.
Applications industrielles
À l'état atomique et moléculaire, le fluor est utilisé pour la gravure au plasma dans la production de semi-conducteurs, d'écrans plats et de systèmes microélectromécaniques. L'acide fluorhydrique est utilisé pour graver le verre des lampes et d'autres produits.
Avec certains de ses composés, le fluor est un composant important dans la production de produits pharmaceutiques, agrochimiques, de carburants et de lubrifiantsmatériaux et textiles. L'élément chimique est nécessaire pour produire des alcanes halogénés (halons), qui, à leur tour, étaient largement utilisés dans les systèmes de climatisation et de réfrigération. Plus tard, une telle utilisation des chlorofluorocarbures a été interdite car ils contribuent à la destruction de la couche d'ozone dans la haute atmosphère.
L'hexafluorure de soufre est un gaz extrêmement inerte et non toxique classé comme gaz à effet de serre. Sans fluor, la production de plastiques à faible frottement tels que le téflon n'est pas possible. De nombreux anesthésiques (par exemple le sévoflurane, le desflurane et l'isoflurane) sont des dérivés de CFC. L'hexafluoroaluminate de sodium (cryolite) est utilisé dans l'électrolyse de l'aluminium.
Les composés fluorés, dont le NaF, sont utilisés dans les dentifrices pour prévenir la carie dentaire. Ces substances sont ajoutées aux approvisionnements en eau municipaux pour assurer la fluoration de l'eau, mais la pratique est considérée comme controversée en raison de l'impact sur la santé humaine. À des concentrations plus élevées, le NaF est utilisé comme insecticide, en particulier pour lutter contre les cafards.
Dans le passé, les fluorures étaient utilisés pour abaisser le point de fusion des métaux et des minerais et augmenter leur fluidité. Le fluor est un composant important dans la production d'hexafluorure d'uranium, qui est utilisé pour séparer ses isotopes. 18F, un isotope radioactif avec une demi-vie de 110 minutes, émet des positrons et est souvent utilisé dans la tomographie médicale par émission de positrons.
Propriétés physiques du fluor
Caractéristiques de baseélément chimique comme suit:
- Masse atomique 18,9984032 g/mol.
- Configuration électronique 1s22s22p5.
- État d'oxydation -1.
- Densité 1,7 g/L.
- Point de fusion 53,53 K.
- Point d'ébullition 85.03 K.
- Capacité calorifique 31,34 J/(K mol).
