Fluor

Fluor, F, je nekovový plyn, žlutozelené barvy. Je značně reaktivní a extrémně korozivní, kvůli problémům s transportem se nejčastěji spotřebovává na místě výroby. Čistý fluor byl připraven až roku 1886 elektrolýzou roztoku KHF₂ v HF. Fluor a sloučeniny fluoru leptají sklo, proto se s nimi pracuje v plastových aparaturách.

Obsah

Atomové číslo	9	Počet stabilních izotopů	1
Atomová hmotnost	18,998403	Elektronová konfigurace	[He] 2s²2p⁵
Teplota tání [°C]	-218,62	Teplota varu [°C]	-188,12
Elektronegativita	3,98	Hustota [kg.m^-3]	1,696

Vlastnosti fluoru

Izotopy

Přírodní fluor se skládá ze stabilního izotopu ¹⁹F a stopových množství radioizotopu ¹⁸F. Celkem známe 17 radioizotopů fluoru.

¹⁸F

Tento izotop má nejdelší poločas přeměny ze všech radioizotopů fluoru, 109,73 minut. Mechanismem β⁺ se mění na ¹⁸O:

$$^{19}_{\ \ 9}\textrm{F }\rightarrow\ ^{19}_{\ \ 8}\textrm{O + }^0_1\textrm{n}$$

Je to nejlehčí izotop, který obsahuje stejný a lichý počet neutronů a protonů.

Výskyt a výroba

Fluor je třináctý nejrozšířenější prvek v zemské kůře, kde se vyskytuje nejčastěji v kazivci (CaF₂), kryolitu (Na₃[AlF₆]) a fluoroapatitu (Ca₅(PO₄)₃F). Asi nejvíce využívaná sloučenina fluoru je kyselina fluorovodíková HF a také kryolit Na₃[AlF₆], který se používá při elektrolytické výrobě hliníku.

Průmyslová výroba větších množství fluoru se provádí elektrolýzou směsi KF/HF. Vodíkové a fluoridové ionty jsou redukovány a oxidovány za vzniku vodíku a fluoru. Elektrolýza probíhá při teplotě 70-130 °C. KF má roli katalyzátoru, samotný HF nelze elektrolyzovat.[14]

Menší množství fluoru lze připravit reakcí manganistanu draselného s fluoridem draselným v prostředí kyseliny fluorovodíkové a následným rozkladem produktu pomocí silně Lewisovsky kyselého fluoridu antimoničného.[15]

2 KMnO₄ + 2 KF + 10 HF + 3 H₂O₂ → 2 K₂MnF₆ + 8 H₂O + 3 O₂↑
2 K₂MnF₆ + 4 SbF₅ → 4 KSbF₆ + 2 MnF₃ + F₂↑

Chemické vlastnosti

Chemie fluoru je velice bohatá a rozsáhlá. Fluor je velmi reaktivní prvek a reaguje prakticky se všemi prvk s výjimkou helia, argonu a neonu. S většinou prvků reaguje i za nízkých teplot a zpravidla velmi prudce, až explozivně.

Anorganické sloučeniny

Binární fluoridy známe v široké paletě stechiometrických poměrů od C₄F až po IF₇ (XeF₈ ?). Fluoridy se často používají jako fluorační činidla, jako náhrada elementárního fluoru, který je drahý a velmi špatně se s ním pracuje. Fluorační síla klesá v řadě: ClF₃ > BrF₅ > IF₇ > ClF > BrF₃ >IF₅.

Mimo fluoridů tvoří fluor i bifluoridový anion, HF₂^–. Struktura aniontu je lineární, [F-H-F]^–, patří do bodové grupy symetrie D_∞h.[18]

Sloučeniny se vzácnými plyny

Vzácné plyny netvoří příliš mnoho sloučenin, většina jich obsahuje právě fluor. První připravenou sloučeninou vzácného plynu byl Xe[PtF₆].[16]

Organické sloučeniny

V praxi se často setkáváme s teflonem, což je polymer obsahující fluor – polytetrafluorethylen. Využívá se jak při výrobě kuchyňského nádobí, tak u vysoce odolných chemických aparatur.

NMR

Fluor je monoizotopický prvek, citlivost v NMR se blíží citlivosti ¹H. Poskytuje úzké signály, rozsah chemických posunů je poměrně široký.

	¹⁹F
Spin	1/2
Zastoupení v přírodě [%]	100
Citlivost vzhledem k ¹H	0,834
Citlivost vzhledem k ¹³C	4716
Rezonanční frekvence v poli 1 T	40,0776
Rozsah chemických posunů	700 ppm; -300 až 400 ppm

¹⁹F chemické posuny

Sloučenina	Posun [ppm]	Sloučenina	Posun [ppm]
XeF₄	438	CF₂	-40-(-120)
F₂	423	C=C-F	-50-(-220)
XeF₂	258	ArF	-100-(-200)
NF₃	147	R-F	-120-(-260)
C=N-F	140-(-70)	BF₃	-124
O=C-F	60-20	C₆F₆	-163
HF	40	MeF	-270

Anorganické fluoridy ve vodném prostředí vytvářejí komplexní anionty jejichž složení a chemický posun závisí na koncentraci. Proto nejsou příliš vhodné pro kalibraci spektrometru.

19F NMR zředěného roztoku KF v D2O — ¹⁹F NMR zředěného roztoku KF v D₂O

Spektra izotopomerů BF₄⁻

Izotopomery jsou sloučeniny, které se liší izotopovým složením, toto má pochopitelně vliv i na vzhled NMR spekter. Protože se přírodní bor skládá ze dvou izotopů ¹⁰B a ¹¹B, které se vyskytují v zastoupení 20:80, tak i anion BF₄⁻ nacházíme ve formě dvou izotopologů: ¹⁰BF₄⁻ (20 %) a ¹¹BF₄⁻ (80 %). V ¹⁹F spektrech pak nacházíme dva signály s odpovídajícím integrálním poměrem intenzit.[17]

19F NMR spektrum BF4- — ¹⁹F NMR spektrum BF₄^–

Izotopy

¹⁸F

Výskyt a výroba