פלואור הוא יסוד כימי (סמל F, מספר אטומי 9), לא מתכת השייכת לקבוצת ההלוגנים. זהו החומר הפעיל והאלקטרושלילי ביותר. בטמפרטורה ובלחץ נורמליים, מולקולת הפלואור היא גז רעיל צהוב חיוור עם הנוסחה F2. כמו הלידים אחרים, פלואור מולקולרי מסוכן מאוד וגורם לכוויות כימיות קשות במגע עם העור.
השתמש
פלואור ותרכובותיו נמצאים בשימוש נרחב, כולל לייצור של תרופות, כימיקלים אגרוכימיים, דלקים וחומרי סיכה וטקסטיל. חומצה הידרופלואורית משמשת לחריטת זכוכית, בעוד פלזמת פלואור משמשת לייצור מוליכים למחצה וחומרים אחרים. ריכוזים נמוכים של יוני F במשחת שיניים ובמי שתייה עשויים לסייע במניעת עששת, בעוד שריכוזים גבוהים יותר נמצאים בקוטלי חרקים מסוימים. חומרי הרדמה כלליים רבים הם נגזרות של פחמן הידרופלואורי. האיזוטופ 18F הוא מקור פוזיטרונים להשגת רפואיהדמיית טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים, ואורניום הקספלואוריד משמשים להפרדת איזוטופים של אורניום ולייצר אורניום מועשר עבור תחנות כוח גרעיניות.
היסטוריית גילוי
מינרלים המכילים תרכובות פלואור היו ידועות שנים רבות לפני הבידוד של יסוד כימי זה. לדוגמה, המינרל פלואורספאר (או פלואוריט), המורכב מסידן פלואוריד, תואר בשנת 1530 על ידי ג'ורג' אגריקולה. הוא שם לב שהוא יכול לשמש כשטף, חומר שעוזר להוריד את נקודת ההתכה של מתכת או עפרה ועוזר לטיהור המתכת הרצויה. לכן, פלואור קיבל את שמו הלטיני מהמילה fluere ("לזרום").
בשנת 1670 גילה מפוח הזכוכית היינריך שוונהרד שזכוכית נחרתה על ידי פעולת סידן פלואוריד (פלואוזפר) שטופל בחומצה. קארל שייל וחוקרים רבים מאוחרים יותר, כולל האמפרי דייווי, ג'וזף-לואי גיי-לוסאק, אנטואן לבואזיה, לואי ת'נרד, ערכו ניסויים בחומצה הידרופלואורית (HF), שהושגה בקלות על ידי טיפול ב-CaF בחומצה גופרתית מרוכזת.
בסופו של דבר, התברר ש-HF מכיל אלמנט שלא היה ידוע קודם לכן. עם זאת, בשל תגובתיות יתר שלו, לא ניתן היה לבודד חומר זה במשך שנים רבות. זה לא רק קשה להיפרד מתרכובות, אלא שהוא מגיב מיד עם שאר המרכיבים שלהן. הבידוד של הפלואור היסודי מחומצה הידרופלואורית הוא מסוכן ביותר, וניסיונות מוקדמים עיוורו והרגו כמה מדענים. אנשים אלה נודעו כ"שהידיםפלואור."
גילוי והפקה
לבסוף, בשנת 1886, הצליח הכימאי הצרפתי אנרי מויסן לבודד פלואור על ידי אלקטרוליזה של תערובת של פלואורידים מותכים של אשלגן וחומצה הידרופלואורית. על כך הוענק לו פרס נובל לכימיה לשנת 1906. הגישה האלקטרוליטית שלו ממשיכה לשמש כיום לייצור תעשייתי של יסוד כימי זה.
הייצור הראשון בקנה מידה גדול של פלואור החל במהלך מלחמת העולם השנייה. הוא נדרש לאחד משלבי יצירת פצצת אטום במסגרת פרויקט מנהטן. נעשה שימוש בפלואור להפקת אורניום הקספלואוריד (UF6), שבתורו שימש להפרדה בין שני האיזוטופים 235U ו- זה מזה 238U. כיום, יש צורך ב-UF6 גזי לייצור אורניום מועשר לאנרגיה גרעינית.
המאפיינים החשובים ביותר של הפלואור
בטבלה המחזורית, היסוד נמצא בראש קבוצה 17 (לשעבר קבוצה 7A), הנקראת הלוגן. הלוגנים אחרים כוללים כלור, ברום, יוד ואסטטין. בנוסף, F נמצאת בתקופה השנייה בין חמצן לנאון.
פלואור טהור הוא גז קורוזיבי (נוסחה כימית F2) בעל ריח חריף אופייני שנמצא בריכוז של 20 nl לליטר נפח. בתור התגובתי והאלקטרנגטיבי ביותר מכל היסודות, הוא יוצר בקלות תרכובות עם רובם. פלואור מגיב מכדי להתקיים בצורה יסודית ויש לו כזוזיקה לרוב החומרים, כולל סיליקון, שלא ניתן להכין או לאחסן אותו במיכלי זכוכית. באוויר לח, הוא מגיב עם מים ויוצר את החומצה ההידרופלואורית המסוכנת לא פחות.
פלואור, באינטראקציה עם מימן, מתפוצץ אפילו בטמפרטורות נמוכות ובחושך. הוא מגיב באלימות עם מים ליצירת חומצה הידרופלואורית וגז חמצן. חומרים שונים, כולל מתכות מפוזרות דק וכוסות, בוערים בלהבה בוהקת בסילון פלואור גזי. בנוסף, יסוד כימי זה יוצר תרכובות עם הגזים האצילים קריפטון, קסנון ורדון. עם זאת, הוא אינו מגיב ישירות עם חנקן וחמצן.
למרות הפעילות הקיצונית של הפלואור, שיטות לטיפול ושינוע בטוחים שלו הפכו כעת לזמינות. ניתן לאחסן את האלמנט במיכלי פלדה או מונל (סגסוגת עשירה בניקל), שכן נוצרים פלואורידים על פני החומרים הללו, המונעים תגובה נוספת.
פלואורידים הם חומרים שבהם פלואור קיים כיון בעל מטען שלילי (F-) בשילוב עם כמה יסודות בעלי מטען חיובי. תרכובות פלואור עם מתכות הן בין המלחים היציבים ביותר. כשהם מומסים במים, הם מחולקים ליונים. צורות אחרות של פלואור הן קומפלקסים, לדוגמה, [FeF4]-, ו-H2F+.
איזוטופים
ישנם איזוטופים רבים של הלוגן זה, החל מ-14F ל-31F. אבל ההרכב האיזוטופי של הפלואור כולל רק אחד מהם,19F, המכיל 10 נויטרונים, מכיוון שהוא היחיד שיציב. האיזוטופ הרדיואקטיבי 18F הוא מקור חשוב של פוזיטרונים.
השפעה ביולוגית
פלואור בגוף נמצא בעיקר בעצמות ובשיניים בצורה של יונים. הפלרה של מי שתייה בריכוז של פחות מחלק למיליון מפחיתה משמעותית את שכיחות העששת – כך לפי מועצת המחקר הלאומית של האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית. מנגד, הצטברות מוגזמת של פלואוריד עלולה לגרום לפלואורוזיס המתבטאת בשיניים מנומרות. השפעה זו נצפית בדרך כלל באזורים שבהם תכולת היסוד הכימי הזה במי השתייה עולה על ריכוז של 10 ppm.
מלחי פלואור ופלואור אלמנטריים הם רעילים ויש לטפל בהם בזהירות רבה. יש להימנע בזהירות ממגע עם העור או העיניים. התגובה עם העור מייצרת חומצה הידרופלואורית, אשר חודרת במהירות לרקמות ומגיבה עם הסידן בעצמות, ופוגעת בהן לצמיתות.
פלואור סביבתי
הייצור העולמי השנתי של המינרל פלואוריט הוא כ-4 מיליון טון, והקיבולת הכוללת של המרבצים שנחקרו היא בטווח של 120 מיליון טון. אזורי הכרייה העיקריים למינרל זה הם מקסיקו, סין ומערב אירופה.
פלואור מופיע באופן טבעי בקרום כדור הארץ, שם ניתן למצוא אותו בסלעים, בפחם ובחימר. פלואורידים משתחררים לאוויר על ידי שחיקת רוח של קרקעות. פלואור הוא היסוד הכימי ה-13 בשכיחותו בקרום כדור הארץ - תכולתושווה ל-950 עמודים לדקה. בקרקעות ריכוזו הממוצע הוא כ-330 ppm. מימן פלואוריד יכול להשתחרר לאוויר כתוצאה מתהליכי בעירה תעשייתית. פלואורידים שנמצאים באוויר נופלים בסופו של דבר על הקרקע או למים. כאשר פלואור נקשר עם חלקיקים קטנים מאוד, הוא יכול להישאר באוויר לפרקי זמן ארוכים.
באטמוספירה, 0.6 מיליארדיות מהיסוד הכימי הזה קיים בצורה של ערפל מלח ותרכובות כלור אורגניות. באזורים עירוניים, הריכוז מגיע ל-50 חלקים למיליארד.
חיבורים
פלואור הוא יסוד כימי היוצר מגוון רחב של תרכובות אורגניות ואי-אורגניות. כימאים יכולים להחליף בו אטומי מימן, ובכך ליצור חומרים חדשים רבים. הלוגן תגובתי מאוד יוצר תרכובות עם גזים אצילים. בשנת 1962, ניל ברטלט סינתז קסנון הקספלואורופלטינט (XePtF6). כמו כן התקבלו קריפטון ורדון פלואורידים. תרכובת נוספת היא ארגון פלואורהידריד, שיציב רק בטמפרטורות נמוכות במיוחד.
יישומים תעשייתיים
במצב האטומי והמולקולרי שלו, פלואור משמש לחריטת פלזמה בייצור של מוליכים למחצה, צגים שטוחים ומערכות מיקרו-אלקטרו-מכאניות. חומצה הידרופלואורית משמשת לחריטת זכוכית במנורות ובמוצרים אחרים.
לצד חלק מהתרכובות שלו, פלואור הוא מרכיב חשוב בייצור של תרופות, כימיקלים אגרוכימיים, דלקים וחומרי סיכהחומרים וטקסטיל. היסוד הכימי נחוץ לייצור אלקנים הלוגנים (הלונים), אשר, בתורם, היו בשימוש נרחב במערכות מיזוג אוויר וקירור. מאוחר יותר, נאסר שימוש כזה בכלורופלואורי-פחמנים מכיוון שהם תורמים להרס שכבת האוזון באטמוספרה העליונה.
הקספלואוריד הגפרית הוא גז אינרטי במיוחד, לא רעיל המסווג כגז חממה. ללא פלואור, ייצור פלסטיקים בעלי חיכוך נמוך כגון טפלון אינו אפשרי. חומרי הרדמה רבים (למשל sevoflurane, desflurane ו-isoflurane) הם נגזרות של CFC. נתרן hexafluoroaluminate (קריוליט) משמש באלקטרוליזה של אלומיניום.
תרכובות פלואוריד, כולל NaF, משמשות במשחות שיניים למניעת עששת. חומרים אלו מתווספים לאספקת המים העירונית כדי לספק הפלרת מים, אולם הנוהג נחשב לשנוי במחלוקת בשל ההשפעה על בריאות האדם. בריכוזים גבוהים יותר, NaF משמש כקוטל חרקים, במיוחד להדברת תיקנים.
בעבר השתמשו בפלואורידים להורדת נקודת ההתכה של מתכות ועפרות ולהגברת נזילותם. פלואור הוא מרכיב חשוב בייצור האורניום הקספלואוריד, המשמש להפרדת האיזוטופים שלו. 18F, איזוטופ רדיואקטיבי עם זמן מחצית חיים של 110 דקות, פולט פוזיטרונים ומשמש לעתים קרובות בטומוגרפיה רפואית של פליטת פוזיטרונים.
מאפיינים פיזיים של פלואור
מאפיינים בסיסייםיסוד כימי כדלקמן:
- מסה אטומית 18.9984032 גרם/מול.
- תצורה אלקטרונית 1s22s22p5.
- מצב חמצון -1.
- צפיפות 1.7 גרם/ליטר.
- נקודת התכה 53.53 K.
- נקודת רתיחה 85.03 K.
- קיבולת חום 31.34 J/(K mol).
