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Fluoro

Fluoro elemento

Il fluoro (dal latino fluor-oris, flusso) fu isolato per la prima volta come elemento allo stato puro nel 1886 da H. Moissan, che effettuò l'elettrolisi di soluzioni di fluoruro di potassio in acido fluoridrico anidro.

E' un elemento relativamente abbondante in natura dove, data la sua elevata reattività, non si trova allo stato libero ma combinato e costituisce circa lo 0,03 % in peso della crosta terrestre.

Si trova essenzialmente nei seguenti minerali: fluorite (CaF2), criolite (Na3AlF6) e apatite.

Allo stato di elemento libero è un gas di colore giallo pallido, di odore pungente.

A causa della sua elevata elettronegatività, reagisce con quasi tutti i metalli, con la maggior parte dei composti inorganici e organici,  e forma composti con tutti gli elementi a eccezione dei gas nobili.

In particolare, anche a basse temperature, reagisce in modo esplosivo con l'idrogeno.

Reagisce violentemente combinandosi con l'idrogeno dell'acqua e sviluppando ossigeno:

2F2 + 2H2O → 4HF + O2

Nel corpo umano il fluoro è presente nei tessuti duri del dente e riveste una particolare importanza nella prevenzione delle carie dentali.

Per tale motivo, alcuni dei suoi sali, (fluoruro di sodio, fluoruro di stagno) vengono solitamente aggiunti nelle paste dentifrice.

Alcuni fluoruri invece possono svolgere pericolose azioni tossiche: possono inibire l'attività di numerosi enzimi, bloccare la respirazione cellulare, esercitare effetti anticoagulanti e, se assunto in discrete quantità, può produrre gravi alterazioni alla struttura ossea.

Composti del fluoro

Il fluoro forma in generale composti di tipo ionico con i metalli e di tipo covalente con i non-metalli, nei quali presenta il numero di ossidazione -1.

fluoro

Fluoro

Il fluoruro di idrogeno HF (acido fluoridrico se in soluzione acquosa), è un liquido che evapora facilmente, incolore e irritante, che fuma all'aria.

E' miscibile con l'acqua in tutte le proporzioni e forma con questa un azeotropo; a differenza dell'HCl, in soluzione acquosa l'HF si comporta come un acido relativamente debole, di forza paragonabile a quella dell'acido formico.

Sia allo stato anidro che in soluzione acquosa il fluoruro di idrogeno ha la proprietà caratteristica di reagire con la silice e i silicati, ed è quindi in gradi di attaccare i vetri, le porcellane e analoghi materiali; per esempio:

SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H2O

Allo stato anidro non attacca a freddo i metalli, tanto che può essere conservato in recipienti di acciaio, ma reagisce facilmente con ossidi o alogenuri degli stessi, per esempio:

SnCl4 + 4 HF → SnF4 + 4 HCl

E' prodotto a partire dalla fluorite, che viene purificata mediante flottazione e quindi trattata con acido solforico al 98% a temperatura di circa 250°C:

H2SO4 + CaF2 → 2 HF + CaSO4.

Il fluoruro di alluminio AlF3, solido bianco usato come elettrolita nella raffinazione dell'alluminio.

Il fluoruro di calcio CaF2, è il minerale fluorite, dal quale si ricava il fluoro.

Il fluoruro acido di potassio KHF2, solido bianco, solubile in acqua, usato come elettrolita nella produzione di fluoro.

Il fluoruro di sodio NaF, si può ottenere per neutralizzazione del fluoruro di idrogeno con idrossido o carbonato di sodio. Trova impiego nella preparazione della criolite sintetica, nel trattamente antibatterico di fluorurazione delle acque potabili, nell'industria vetraria e come conservante del legno.

L'esafluoruro di uranio UF6, si prepara per reazione del fluoro con tetrafluoruro di uranio; essendo volatile costitutisce il prodotto di partenza per il processo di separazione degli isotopi 235 e 238 dell'uranio mediante diffusione gassosa, nonché per il recupero dell'uranio dal combustibile nucleare.

II difluoruro di ossigeno OF2, è l'unico ossido del fluoro relativamente stabile a temperatura ambiente, e può essere preparato per reazione a bassa temperatura del fluoro con soluzioni diluite di idrossido di potassio:

2 F2 + 2 KOH → OF2 + 2 KF + H2O.

Il tetrafluoruro di silicio SiF4 si forma per attacco con HF della silice e dei silicati. È un gas che reagisce facilmente con molte sostanze tendendo a formare complessi del silicio a coordinazione 6; per esempio:

SiF4 + 2 NaF → Na2SiF6

Il trifluoruro di boro BF3, si può ottenere per combustione del boro in atmosfera di fluoro; è un gas che viene impiegato come catalizzatore in reazioni di condensazione.

fluorite

Fluorite

Utilizzo del fluoro

Un importante impiego del fluoro si ha nella preparazione di esafluoruro di uranio (UF6), sul quale si effettua la separazione degli isotopi per ricavarne l'uranio-235 destinato ai reattori nucleari.Il fluoro viene utilizzato anche come propellente per missili e nella preparazione dei polimeri e degli elastomeri fluorurati, che trovano impiego come lubrificanti nelle industrie aerospaziali.

Metodo di produzione del fluoro

Trattandosi dell'elemento più elettronegativo della tavola periodica, la sua produzione presenta grosse difficoltà a causa della sua estrema reattività. Attualmente il fluoro si ottiene tramite riduzione dei fluoruri per via elettrochimica.

A livello industrialmente il metodo utilizzato è quello di Moissan, che consiste nell'elettrolisi di fluoruro di idrogeno anidro addizionato a fluoruro di potassio. Le celle, generalmente in acciaio speciale e con le pareti isolanti in politetrafluoroetilene, impiegano anodi in carbone non grafitico e catodi in acciaio. Durante il funzionamento della cella la composizione dell'elettrolita viene mantenuta costante mediante un flusso di fluoruro di idrogeno liquido a elevata purezza, mentre il fluoro gassoso che si libera all'anodo viene raffreddato e quindi purificato mediante assorbimento con fluoruro di sodio (che trattiene l'HF). In questo modo si ottiene fluoro al 99% circa di purezza: se non è direttamente utilizzato in altri processi, il fluoro viene immagazzinato e commercializzato allo stato gassoso compresso a 25 atm in bombole di acciaio.

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