| Fluor 9F | ||||||
| engl. Fluorine; lat. fluere („fließen“) | ||||||
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 Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Fluor ist ein farbloses, in höheren Konzentrationen gelbgrünliches Gas, das chlorartig stechend riecht und extrem toxisch ist. Fluor besteht aus zweiatomigen F2-Molekülen. Es ist das Halogen mit der geringsten Dichte, es ist aber immer noch schwerer als Luft. Das Gas kondensiert bei −188,12 °C zu einer gelblichen Flüssigkeit, die unterhalb von −219,67 °C zu gelben Kristallen erstarrt. Das Arbeiten mit Fluor ist aufgrund seiner Toxizität und seiner Reaktionsfähigkeit extrem gefährlich. Es gibt in Europa nur wenige Labore, die den sicheren Umgang mit Fluor gewährleisten können.
Fluor ist das elektronegativste Element,
das reaktionsfähigste Element und auch das stärkste bekannte Oxidationsmittel.
Es reagiert mit fast allen Stoffen schon bei tiefen Temperaturen. Mit Wasserstoff verbindet es sich unter Feuererscheinungen oder explosionsartig zu Fluorwasserstoff:
 2
HF ΔHR = −542 kJ/mol Mit Wasser zersetzt es
sich unter Bildung von Fluorwasserstoff und atomarem Sauerstoff,
der sofort mit dem Luftsauerstoff zu Ozon weiterreagiert.
F2 + H2O 2
HF + O (atomar) O + O2
O3 Mit den meisten Metallen
und Nichtmetallen und sogar mit Chlor, Brom und Iod reagiert es zu den entsprechenden Fluoriden.
Einige Metalle wie Aluminium, Magnesium, Nickel, Kupfer oder Stahl werden
kaum angegriffen, da sie sich mit einer schützenden Fluoridschicht
bedecken. Sie zersetzen sich aber unter Rotglut mit Fluor wie auch Gold
und Platin. Selbst die Edelgase Xenon und Radon reagieren mit Fluor. Da
Fluor auch Glas angreift, wird es in Flaschen aus Kupfer-Nickel-Legierungen
transportiert und aufbewahrt. Organische Stoffe reagieren mit Fluor unter
Bildung von Fluorwasserstoff und Kohlenstofffluorid.
Dies erklärt auch die extreme Giftigkeit von Fluor und vieler seiner
Verbindungen. |
| Physiologie – Toxikologie |
In
geringen Mengen kommen Fluorverbindungen im menschlichen Körper vor,
so zum Beispiel im Zahnschmelz, wo die Fluoride auf Karies vorbeugend wirken.
Vermutlich sind sie auch beim Wachstum der Skelettstruktur im frühen
Lebensalter von Bedeutung.
Elementares Fluor wirkt
extrem toxisch. Es wird durch die Feuchtigkeit der Schleimhäute besonders
gut aufgenommen. Hierbei wird auch der stark toxische Fluorwasserstoff gebildet. In den Augen und auf der Haut verursacht Fluor schwere Verätzungen.
Eine Fluorvergiftung durch Einatmen beginnt mit Schwellungen der Mundschleimhaut.
Es folgen schwerer Husten, Erstickungsgefühle und Schüttelfrost.
Tritt der Tod nicht sofort durch Atemstillstand ein, kann nach einem oder zwei Tagen
ein lebensgefährliches Lungenödem auftreten. Dieses ist meistens
von einer Verfärbung der Haut begleitet. Da die Geruchsschwelle für
Fluor mit 0,1 ppm sehr niedrig liegt und das Gas kaum verwendet wird, sind Fluorvergiftungen relativ selten. |
| Vorkommen |
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Häufigkeit relativ häufig
Forscher der LMU und TU München konnten im Jahr 2012 erstmals elementares Fluorgas in winzigen Spuren im sogenannten Stinkspat (Antozonit) nachweisen. [Lit 80 und 82] Diese Fluorit-Varietät riecht beim Anschlagen oder Zersägen so stechend, dass Bergleute früher davon erbrechen mussten. [Lit 81] Durch die radioaktive Strahlung des leicht uranhaltigen Antozonits spaltet sich Calciumfluorid CaF2 in Fluor und Calcium auf. In kleinen Einschlüssen des Minerals bleibt das Fluor erhalten.
Der Flussspat oder Fluorit ist der wichtigste Rohstoff für die chemische Industrie zur Gewinnung
von Fluor und von Fluorverbindungen. Das Mineral ist weltweit sehr verbreitet.
Die Hauptproduktionsländer sind China, Mongolei, Russland, Mexiko,
Südafrika und Frankreich. Es existieren weitere Fluor-Mineralien wie
der Villiaumit oder die Mineralien
der Apophyllit-Gruppe, die aber
nur eine geringe technische Bedeutung besitzen. |
| Geschichte |
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Im
Jahre 1529 beschrieb Agricola ein
Verfahren zur Verwendung von Flussspat als Flussmittel beim Schmelzen von Erzen. Schwanhard führte 1670 einen
Versuch durch, in dem er Glas mit einem Gemisch von Flussspat und Säure
ätzte. Die Entdeckung der Flusssäure wird dem deutschen Chemiker Andreas Sigismund Marggraf im Jahre 1764 zugeschrieben.
1808 versuchte H. Davy, die Flusssäure
mit Kalium zu zerlegen, was ihm aber nicht gelang. Er benannte das vermutete
Element Fluorine (engl.), was sich vom lateinischen Wort fluere für „fließen“ ableitete. Das Wort lehnt sich an den Verwendungszweck
des Minerals Flussspat an. Die erste Herstellung des Elements gelang im
Jahre 1886 dem französischen Chemiker Henri Moissan (1852–1907) durch
die Elektrolyse einer gekühlten Kaliumfluoridlösung in wasserfreiem,
flüssigem Fluorwasserstoff.
Das chemische Symbol F wurde bereits schon von J.J.Berzelius im Jahre 1814 vorgeschlagen.
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| Herstellung |
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Die
Herstellung erfolgt nach dem Verfahren von H. Moissan auf elektrochemischem
Weg. Zuerst stellt man aus Flussspat und 100%iger Schwefelsäure gasförmigen Fluorwasserstoff her:
CaF2 + H2SO4
CaSO4 + 2 HF Der entstehende Fluorwasserstoff verflüssigt sich normalerweise beim Abkühlen unterhalb von 19,54 °C.
Die Zugabe von Kaliumfluorid KF erhöht die elektrische
Leitfähigkeit, dient als Flussmittel und führt zur Bildung von
Kaliumhydrogenfluoriden KHF2. Die Elektrolyse erfolgt
bei einer Badtemperatur von etwa 85 °C, bei einer Gleichspannung von
10 Volt und einer Stromstärke von 5000 Ampere.
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| Verwendung |
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Der
größte Anteil des elementaren Fluors dient zur Herstellung von
Uranhexafluorid:
UF4 + F2 UF6 Diese Uranverbindung
ist sehr flüchtig und wird zur Trennung von Uranisotopen verwendet. Analog zu dieser Verbindung existiert das farb- und geruchlose
Gas Schwefelhexafluorid. Das Gas ist ungewöhnlich stabil, es ist ungiftig
und reagiert selbst beim Erhitzen nicht einmal mit Natrium. Es dient als
Schutzgas bei der Produktion von Magnesium oder es wird als Isolator für elektrische Geräte eingesetzt. [Lit 42] Fluor kann in Raketenmotoren
als Oxidationsmittel eingesetzt werden. Werden Kunststoffbehälter
aus Polyethylen nachträglich mit Fluor behandelt, sind sie beständiger
gegen Benzin und organische Lösungsmittel. Aluminiumfluorid kann aus Fluor und Aluminium hergestellt werden. Es ist
wie der Kryolith ein wichtiges Flussmittel bei der Aluminiumherstellung
durch Schmelzflusselektrolyse. Zu den wichtigen
Fluorverbindungen gehören auch die Flusssäure,
der Fluorwasserstoff, sämtliche
Fluoride, eingeschlossen die Edelgasfluoride,
die FCKW, die Fluorcarbonsäuren oder die Fluoralkohole.
Bei der Fluoridierung
von Speisesalz, Trinkwasser oder von Zahnpasta werden Fluorverbindungen
wie Natriumfluorid NaF oder Natriumhexafluoridosilicat Na2SiF6 zugesetzt. Natriumfluorid soll der Ausbildung
von Karies vorbeugen. Die Anwendung von Fluorverbindungen im Trinkwasser
ist umstritten und wird nur in wenigen Staaten eingesetzt. Einige Menschen
wehren sich gegen eine solche Zwangsmedikation. Wie groß der Nutzen
oder der Schaden ist, lässt sich momentan nicht abschließend
klären. |
| Fluorverbindungen |
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| Fluorminerale |
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Gefahr
