Физические и химические свойства фтора

Фтор – светло-желтый газ с резким специфическим запахом. Фтор и его соединения ядовиты (за исключением CF₄, SF₆ и др.). Газообразный фтор растворим в жидком HF.

Химические свойства

1. Фтор – сильный окислитель. Он энергично и бурно реагирует с большинством простых веществ (за исключением N₂, He, Ne, Ar) с образованием фторидов.

Фтор реагирует даже с благородными газами: криптон взаимодействует с фтором под действием электрического разряда. Ксенон горит в атмосфере фтора ярким пламенем с образованием фторидов.

При взаимодействии с любым простым веществом чаще всего фтор окисляет его до максимальной степени окисления.

2. Фтор со взрывом взаимодействует с водородом даже при низких температурах:

2. Энергично фтор взаимодействует с водой:

Кроме кислорода образуется также озон и дифторид кислорода OF₂.

Прим. При растворении фтора в воде при температуре 0 ºС и ниже образуется фторноватистая кислота HOF – неустойчивая светло-желтая жидкость. При комнатной температуре фторноватистая кислота разлагается с образованием фтороводорода и кислорода.

3. Фтор вступает в реакцию с соединениями кремния (SiO₂ – кварц):

Катализатором данной реакции является вода, с совершенно сухим кварцем (или стеклом) фтор не взаимодействует.

Фтор хранят в посуде из никеля и его сплавов, меди, алюминия, нержавеющей стали, потому что на поверхности металла под действием фтора образуется защитная пленка соответствующих фторидов металлов.

Соединения фтора – фториды

Степень окисления фтора равна –1. Фториды активных металлов – ионные фториды – это вещества с ионы типом химической связи. Ионные фториды – это кристаллические вещества, которые образуют ионные кристаллические решетки и обладают высокими температурами плавления и кипения. Например, NaF, CaF₂.

Фториды неметаллов – ковалентные фториды – это вещества с ковалентной полярной связью. Ковалентные фториды – газы или жидкости, которые имеют кристаллические решетки молекулярного типа и обладают низкими температурами кипения и плавления. Например PF₅, SF₆.

Промежуточное положение между ионными и ковалентными фторидами занимают ионно-ковалентные фториды (ZnF₂, MnF₂, CoF₂, NiF₂). Это вещества c ковалентной полярной связью близкой к ионной.

Большинство фторидов мало растворимы в воде. Хорошо растворимы в воде фториды s-элементов I группы главной подгруппы (кроме LiF), а также AgF, HgF₂, SnF₂ и некоторые другие.

Фториды подразделяют на основные, кислотные и амфотерные. Ионные фториды являются основными соединениями, а ковалентные фториды – кислотными.

Основные фториды при гидролизе создают щелочную среду, а кислотные фториды кислую. Например:

Амфотерные фториды взаимодействуют как с основными, так и с кислотными фторидами с образованием комплексных фторидов:

Физические и химические свойства фтороводорода

Фтороводород HF – бесцветный газ, , . Ядовит. Аномально высокие температуры кипения и плавления объясняются усилением межмолекулярного взаимодействия за счет образования водородных связей между молекулами HF.

Твердый фтороводород состоит из зигзагообразных полимерных цепей (рис. 2.).

Рис. 2. Зигзагообразные цепи в твердом HF (пунктир – водородная связь)

Фтороводород в жидком и газообразном состоянии значительно ассоциирован вследствие образования водородных связей. В жидком и газообразном HF присутствуют олигомеры (HF)₂ до (HF)₆. Прим. простые молекулы HF существуют лишь при температуре выше 90 ºС.

С водой HF смешивается в любых соотношениях. В разбавленном водном растворе HF диссоциируют с образованием иона гидроксония Н₃О⁺ и фторид иона F^–. Фторид иона взаимодействует с молекулой HF с образованием гидрофторид аниона (или фторогидрогенат иона) :

В водном растворе HF является кислотой средней силы. Сопоставление констант равновесия показывает, что в растворе содержится больше ионов , чем F^–. Ион образован за счет водородной связи и имеет линейное строение: [FH–F]^–.

При нейтрализации HF гидроксидом калия образуется гидрофторид калия:

Собственная диссоциация жидкого разбавленного раствора фтороводорода протекает следующим образом:

Жидкий фтороводород – сильно ионизирующий растворитель. В нем хорошо растворяется вода, фториды, сульфаты, нитраты s-элементов I группы, хуже нитраты s-элементов II группы. Растворенные вещества ведут себя как основания, если при растворении увеличивается концентрация отрицательных ионов . Например:

Растворенные вещества ведут себя как кислоты, если при растворении увеличивается концентрация положительных ионов .

Например:

Амфотерными соединениями в жидком HF являются фториды алюминия и хрома.

Характерной особенностью плавиковой кислоты – химическая реакция взаимодействия с оксидом кремния (IV):

Поэтому плавиковую кислоту хранят не в стеклянной посуде, а в сосудах из свинца, каучука, полиэтилена или парафина. Плавиковая кислота – токсична, при попадании на кожу вызывает болезненные язвы.

В промышленности фтороводород получают действием серной кислоты на флюорит:

CaF₂ + H₂SO₄ (конц.)  2 HF + СaSO₄.

Плавиковая кислота применяется для травления стекла (получение матового стела), удаления песка с металлического литья, получения фторидов и т.д.