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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
| Fluor
ist ein farbloses, in dichteren Konzentrationen gelbgrünliches Gas,
das chlorartig stechend riecht. Bei Zimmertemperatur liegt es in Form zweiatomiger
Moleküle vor (F2). Fluor ist das Halogen
mit der geringsten Dichte, es ist aber immer
noch schwerer als Luft. Das Gas kondensiert bei -188,4°C zu einer gelblichen
Flüssigkeit, die unterhalb von -219,63°C zu gelben Kristallen
erstarrt.
Fluor ist das elektronegativste, reaktionsfähigste Element und das stärkste Oxidationsmittel. Es reagiert mit fast allen Stoffen schon bei tiefen Temperaturen. Mit Wasserstoff verbindet es sich unter Feuererscheinungen oder explosionsartig zu Fluorwasserstoff: H2 + F2  2
HF DHR
= -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. |
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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 1-2 Tagen ein lebensgefährliches Lungenödem auftreten. Dieses ist meistens von einer Verfärbung der Haut begleitet. Da die Geruchsschwelle für Fluor sehr niedrig liegt, sind Fluorvergiftungen relativ selten. |
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Vorkommen |
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Mit
einem Massenanteil von 0,028 % steht das Fluor an 17. Stelle der Elementhäufigkeit
in der Erdhülle. In elementarer Form kommt es in der Natur nicht vor.
Die wichtigste Fluorverbindung für die Technik stellt der Flussspat
(Fluorid, CaF2) dar. Flussspat kommt weltweit fast überall
vor. 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
keine Bedeutung zur Fluorgewinnung besitzen.
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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. |
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Fluorverbindungen im Portrait |
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
Gefahr
