Изотопы химического элемента фтора имеют заряд ядра: Изотопы фтора | это… Что такое Изотопы фтора?

Фторсодержащий минерал плавиковый шпат (или флюорит) был описан в 1529 году немецким врачом и минералогом Георгиусом Агриколой. Представляется вероятным, что неочищенная плавиковая кислота была впервые получена неизвестным английским мастером-стекольщиком в 1720 году. В 1771 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил плавиковую кислоту в нечистом состоянии путем нагревания плавикового шпата с концентрированной серной кислотой в стеклянной реторте, которая сильно разъела коррозию. продукт; в результате в последующих экспериментах с веществом использовались сосуды из металла. Почти безводная кислота была получена в 1809 г., а два года спустя французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что это соединение водорода с неизвестным элементом, аналогичным хлору, для которого он предложил название фтор. Затем было установлено, что плавиковый шпат представляет собой фторид кальция.

Выделение фтора долгое время было одной из главных нерешенных проблем неорганической химии, и только в 1886 году французский химик Анри Муассан получил этот элемент путем электролиза раствора фтористого калия во фтористом водороде. Он получил 1906 Нобелевская премия по химии за выделение фтора. Трудность обращения с этим элементом и его токсичные свойства способствовали медленному развитию химии фтора. Действительно, вплоть до Второй мировой войны этот элемент представлял собой лабораторную диковинку. Затем, однако, использование гексафторида урана для разделения изотопов урана, наряду с разработкой органических соединений фтора, имеющих промышленное значение, сделало фтор широко используемым промышленным химическим веществом.

Наличие и распространение

Фторсодержащий минеральный плавиковый шпат (флюорит, CaF ₂ ) веками использовался в качестве флюса (очистителя) в различных металлургических процессах. Название плавикового шпата происходит от латинского fluere , «течь». Минерал впоследствии оказался источником элемента, который получил соответствующее название фтор. Бесцветные прозрачные кристаллы плавикового шпата при освещении приобретают голубоватый оттенок, и это свойство, соответственно, известно как флуоресценция.

Викторина «Британника»

Викторина «118 названий и символов периодической таблицы»

Фтор встречается в природе только в виде его химических соединений, за исключением следовых количеств свободного элемента в плавиковом шпате, подвергшемся облучению радием. Нередкий элемент, он составляет около 0,065 процента земной коры. Основными фторсодержащими минералами являются (1) плавиковый шпат, месторождения которого находятся в Иллинойсе, Кентукки, Дербишире, на юге Германии, юге Франции и России и являются основным источником фтора, (2) криолит (Na ₃ AlF ₆ ), в основном из Гренландии, (3) фторапатит (Ca ₅ [PO ₄ ] ₃ [F,Cl]), широко распространенный и содержащий различные количества фтора и хлора, ( 4) топаз (Al ₂ SiO ₄ [F,OH] ₂ ), драгоценный камень, и (5) лепидолит, слюда, а также компонент костей и зубов животных.

Физические и химические свойства

При комнатной температуре фтор представляет собой газ бледно-желтого цвета с раздражающим запахом. Вдыхание газа опасно. При охлаждении фтор становится желтой жидкостью. Существует только один стабильный изотоп этого элемента — фтор-19..

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Поскольку фтор является наиболее электроотрицательным элементом, группы атомов, богатые фтором, часто имеют отрицательный заряд. Йодистый метил (CH ₃ I) и трифторйодметан (CF ₃ I) имеют различное распределение заряда, как показано в следующих формулах, в которых греческий символ δ указывает на частичный заряд:

Первая энергия ионизации фтора очень высока (402 килокалории на моль), что дает стандартное теплообразование для F ⁺ катион 420 ккал на моль.

Небольшой размер атома фтора позволяет упаковать относительно большое количество атомов или ионов фтора вокруг данного координационного центра (центрального атома), где он образует множество устойчивых комплексов, например, гексафторсиликат (SiF ₆ ) ^2- и гексафторалюминат (AlF ₆ ) ^3- . Фтор — самый сильный окислитель. Следовательно, никакое другое вещество не способно окислить фторид-анион до свободного элемента, и по этой причине этот элемент не встречается в природе в свободном состоянии. Более 150 лет ни один химический метод не позволял получить этот элемент, успех достигался только с помощью электролитических методов. Однако в 1986 Американский химик Карл О. Крист сообщил о первом химическом получении фтора, где «химическое получение» означает метод, в котором не используются такие методы, как электролиз, фотолиз и разряд, или не используется сам фтор в синтезе любого из исходных материалов. Он использовал K ₂ MnF ₆ и пентафторид сурьмы (SbF ₅ ), оба из которых могут быть легко получены из растворов HF.

Высокая окислительная способность фтора позволяет этому элементу давать самые высокие степени окисления, возможные для других элементов, и известно много фторидов с высокой степенью окисления элементов, для которых нет других соответствующих галогенидов, например, дифторид серебра (AgF ₂ ), трифторид кобальта (CoF ₃ ), гептафторид рения (ReF ₇ ), пентафторид брома (BrF ₅ ) и гептафторид йода (IF ₇ ).

Фтор (F ₂ ), состоящий из двух атомов фтора, соединяется со всеми другими элементами, кроме гелия и неона, с образованием ионных или ковалентных фторидов. Некоторые металлы, такие как никель, быстро покрываются фторидным слоем, что предотвращает дальнейшее воздействие элемента на металл. Некоторые сухие металлы, такие как мягкая сталь, медь, алюминий или монель (66 % никеля, 31,5 % медного сплава), не подвергаются воздействию фтора при обычных температурах. Для работы со фтором при температуре до 600 °C (1100 °F) подходит монель; спеченный оксид алюминия устойчив до 700 ° C (1300 ° F). Когда требуются смазочные материалы, лучше всего подходят фторуглеродные масла. Фтор бурно реагирует с органическими веществами (например, с каучуком, деревом, тканью), и контролируемое фторирование органических соединений действием элементарного фтора возможно только при соблюдении особых мер предосторожности.

Исследователи обнаружили новый изотоп фтора — The Source

К Талия Оглиоре 30 марта 2021 г.

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе сообщили о первых наблюдениях новой формы фтора, изотопа 9.0075 13 F, описанный 30 марта в журнале Physical Review Letters.

Они сделали свое открытие в рамках эксперимента, проведенного в Национальной сверхпроводящей циклотронной лаборатории Мичиганского государственного университета (МГУ).

Фтор — самый химически активный элемент в периодической таблице. В природе встречается только один изотоп фтора, стабильный изотоп ^19. F. Новый изотоп, ¹³ F, представляет собой четыре нейтрона, удаленных от линии протонного стока, границы, которая ограничивает зону, за которой атомные ядра распадаются с испусканием протона.

Роберт Дж. Чарити, профессор химии в области искусств и наук, и Ли Г. Соботка, профессор химии и физики, работали в сотрудничестве с группами из МГУ, Университета Западного Мичигана и Университета Коннектикута, чтобы сделать это открытие.

«Изучение экзотических ядер с таким большим избытком нейтронов или протонов представляет значительный интерес для понимания синтеза элементов, даже несмотря на то, что их время жизни чрезвычайно коротко», — сказал Чарити. «Многие из этих изотопов обладают экзотическими свойствами».

Изотоп ¹³ F — пятый новый изотоп, открытый Чарити и Соботкой вместе.

— Все новые изотопы очень богаты протонами и неустойчивы к испусканию протонов, — сказала Чарити. «Протоны с самой высокой энергией внутри этих изотопов могут туннелировать через кулоновский барьер и ускользать».

Первоначальная цель эксперимента, по словам Черити, состояла в том, чтобы создать новый изотоп кислорода, получивший название «полулегкий кислород», техническое достижение, о котором ранее сообщалось в Physical Review Letters. Сделав это открытие, исследователи еще раз тщательно просмотрели свои данные и нашли доказательства существования ¹³ F.

Новый изотоп фтора был создан в результате реакции перезарядки с пучком ¹³ O. ( Нейтрон в ¹³ O удаляется и заменяется протоном.)

«Такие реакции перезарядки обычно не использовались для создания очень богатых протонами изотопов в прошлом», — сказал Чарити. «Однако мы уже планируем поиск другого нового изотопа с использованием этого механизма реакции».

Финансирование: Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Управлением науки, Управлением ядерной физики под номерами DE-FG02-87ER-40316, DE-FG02-04ER-41320, DE-SC0014552; и Национальный научный фонд в рамках гранта PHY-156556.