Окислительные свойства

1. В атмосфере фтора горят такие стойкие вещества,

как стекло (в виде ваты), вода. Один из продуктов горения — кислород, т. е. фтор как окислитель сильнее кислорода:

SiO2 + 2F2 → SiF4 + O2;

2H2O + 2F2 → 4HF + O2.

2. Активно взаимодействует фтор с большинством простых веществ. С серой и фосфором он взаимодействует даже при температуре жидкого воздуха(−190°С):

S + 3F2 → SF6;

2P + 5F2 → 2PF5.

Фтор окисляет даже некоторые инертные газы (ксенон),

но не взаимодействует с гелием, неоном и аргоном:

Xe + 2F2 → XeF4.

Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами кроме, разумеется, фторидов в высших степенях окисления и редких исключений — фторопластов, и с большинством из них — с горением и взрывом. К фтору при комнатной температуре устойчивы некоторые металлы за счет образования плотной плёнки фторида, тормозящей реакцию со фтором — Al, Mg, Cu, Ni.

Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до −252°C). В атмосфере фтора горят даже вода и платина:

2F2 + 2H2O → 4HF + O2

К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например:

2CoF3 → 2CoF2 + F2

MnF4 → MnF3 + 1/2 F2

Фтор также способен окислять в электрическом разряде кислород, образуя фторид кислорода OF2 и диоксидифторид O2F2.

Во всех соединениях фтор проявляет степень окисления −1

химикам удалось получить дифторид кислорода, образующийся при действии фтора на слабый раствор щелочи:

2F2 + 2NаОН = 2NаF + OF2 + H2O.

С азотом фтор непосредственно не соединяется, но косвенным путем известному специалисту по фтору Отто Руффу удалось получить в 1928 г. трифторид азота NF3. Известны и другие азотсодержащие соединения фтора. Сера под его действием при доступе воздуха воспламеняется. Древесный уголь загорается в атмосфере фтора при обычной температуре.

Серебро и золото на холоде взаимодействуют с фтором очень медленно, а при накаливании сгорают в нем. Платина при обычных условиях не реагирует с фтором, но сгорает в нем при нагревании до 500–600 °С.

С бором, кремнием, фосфором, мышьяком Фтор взаимодействует на холоду, образуя соответствующие фториды.

При взаимодействии Фтора с оксидами металлов на холоду образуются фториды металлов и кислород; возможно также образование оксифторидов металлов (например, MoO2F2). Оксиды неметаллов либо присоединяют Фтор, например SO2 + F2 = SO2F2, либо кислород в них замещается на Фтор, например SiO2 + 2F2 = SiF4 + О2. Стекло очень медленно реагирует с Фтором;. Оксиды азота NO и NO2 легко присоединяют Фтор с образованием соответственно фтористого нитрозила FNO и фтористого нитрила FNO2. Оксид углерода (II) присоединяет Фтор при нагревании с образованием фтористого карбонила: СО + F2 = COF2.

Гидрооксиды металлов реагируют с Фтором, образуя фторид металла и кислород, например 2Ва(ОН)2 + 2F2 = 2BaF2 + 2Н2О + О2. Водные растворы NaOH и KOH реагируют с Фтором при 0°С с образованием OF2.

Галогениды металлов или неметаллов взаимодействуют с Фтором на холоду, причем Фтор замещает все галогены.

Легко фторируются сульфиды, нитриды и карбиды. Гидриды металлов образуют с Фтором на холоду фторид металла и HF; аммиак (в парах) - N2 и HF. Фтор замещает водород в кислотах или металлы в их солях, например НNО3(или NaNO3) + F2 = FNO3 + HF (или NaF); в более жестких условиях Фтор вытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид, например Na2SO4 + 2F2 = 2NaF +SO2F2 + O2. Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с Фтором при обычной температуре; при этом получаются соответствующий фторид, СО2 и О2.

Фтор энергично реагирует с органических веществами.

Фтор получают в свободном состоянии электролизом

его расплавленных соединений (HF в расплавленном дигидрофториде калия KH2F3).

Источником для производства Фтора служит фтористый водород, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H2SO4· на флюорит CaF2, либо при переработке апатитов и фосфоритов.. или разложением высших фторидов

2CeF4= 2CeF3+ F2

Соединяясь с водородом, фтор образует газообразное соединение – фтороводород НF. Водные растворы фтороводорода называют плавиковой кислотой. Газообразный НF – бесцветный газ с резким запахом, очень вредно действующий на дыхательные органы и слизистые оболочки.

Получение Обычный способ его получения — действие серной кислоты на плавиковый шпат СаF2:

СаF2 + Н2SО4 = СаSO4 + 2НF.

Фтор со взрывом взаимодействует с водородом даже при низких температурах и (в отличие от хлора) в темноте с образованием фтороводорода:

Н2 + F2 → 2HF.

Молекула фтороводорода сильно полярна, μ = 0,64·10−29 Кл·м. Фтороводород в жидком и газообразном состояниях имеет большую склонность к ассоциации вследствие образования сильных водородных связей. Энергия водородных связей FH•••FH приблизительно составляет 42 кДж/моль, а средняя степень полимеризации в газовой фазе (при температуре кипения) ≈4. Даже в газообразном состоянии, фтороводород состоит из смеси полимеров H2F2, H3F3, H4F4, H5F5, H6F6. Простые молекулы HF существуют лишь при температурах выше 90 °C. Вследствие высокой прочности связи, термический распад фтороводорода становится заметным лишь выше 3500 °C (что выше температуры плавления вольфрама — самого тугоплавкого из металлов). Для сравнения — у воды термический распад становится заметным при температурах выше 2000 °C.

В кристаллическом состоянии HF образует орторомбические кристаллы, состоящие из цепеобразных структур: угол HFH = 116 °, d(F-H) = 95 пм, d(F•••H) = 155 пм. Аналогичные зигзагообразные

цепи с углом HFH = 140°) имеют и полимеры HF, существующие в газовой фазе.

Плавиковая кислота. Химические свойства действует на все металлы, за исключением золота и платины. На медь и серебро плавиковая кислота действует очень медленно. Слабые растворы ее совершенно не действуют на олово, медь и бронзу.

Устойчив к плавиковой кислоте и свинец, который покрывается слоем фторида свинца, предохраняющим металл от дальнейшего разрушения. Поэтому свинец и служит материалом для аппаратуры в производстве плавиковой кислоты.

Склонность молекул НF к ассоциации приводит к тому, что кроме средних солей фтороводородной кислоты известны и кислые, например КНF2 (из нее электролизом получают фтор). В этом заключается ее отличие от других галогеноводородных кислот, дающих только средние соли.

Характерная особенность плавиковой кислоты, отличающая ее от всех других кислот, – чрезвычайно легкое ее действие на кремнезем SiO2 и соли кремниевой кислоты:

SiO2 + 4НF = SiF4 + 2H2O.

Тетрафторид кремния SiF4 – газ, улетучивающийся при реакции.

Действуя на кремнезем, входящий в состав стекла, плавиковая кислота разъедает стекло, поэтому хранить ее в стеклянных сосудах нельзя.

Из органических веществ плавиковая кислота действует на бумагу, дерево, пробку, обугливая их. На пластик действует слабо, совершенно не действует на парафин, чем и пользуются при хранении плавиковой кислоты в сосудах, сделанных из этого материала.

Химические свойства HF зависят от присутствия воды. Сухой фтористый водород не действует на большинство металлов и не реагирует с оксидами металлов. Однако если реакция начнется, то дальше она некоторое время идет с автокатализом, так как в результате взаимодействия количество воды увеличивается:

МО + 2HF = MF2 + Н2О

Жидкий HF — сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворённые в нём, за исключением хлорной кислоты HClO4, являются основаниями:

HCl + 2HF ↔ ClH2+ + HF2−

В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид ионов, например BF3, SbF5:

BF3 + 2HF → FH2+ + BF4−

Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома(III):

3NaF + AlF3 → 3Na+ + AlF6−

(AlF3 — как кислота)

AlF3 + 3BF3 → Al3+ + 3BF4−

(AlF3 — как основание)

Фтороводород неограниченно растворяется в воде, при этом происходит ионизация молекул HF:

HF + H2O ↔ OH3+ + HF2−