Фтор и его характеристики

Общая характеристика фтора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Фтор – девятый элемент Периодической таблицы. Обозначение – F от латинского «fluorum». Расположен во втором периоде, VIIА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 9.

Вследствие большой химической активности фтор находится в природе исключительно в связанном состоянии. Наиболее часто фтор встречается в виде минерала плавикового шпата CaF₂, криолита Na₃AlF₆ и фторапатита Ca₅F(PO₄)₃.

В виде простого вещества фтор представляет собой газ бледно-зеленоватого цвета или жидкость светло-желтого цвета (рис.1). Температура плавления равна (-219,6^oС), кипения – (-188,1^oС). Ядовит.

Рис. 1. Фтор. Внешний вид (жидкое состояние).

Атомная и молекулярная масса фтора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M_r) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A_r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Относительная атомная масса атомарного фтора равна 18,9984 а.е.м. Известно, что молекула фтора двухатомна – F₂. Относительная молекулярная масса молекулы фтора будет равна:

M_r(F₂) = 18,9984 × 2 ≈38.

Изотопы фтора

В природе фтор существует в виде единственного изотопа ¹⁹F. Массовое число равно 19. Ядро атома содержит девять протонов и десять нейтронов.

Существует ядерный изотоп фтора ^18mF с периодом полураспада равным 109,771 минут.

Ионы фтора

На внешнем энергетическом уровне атома фтора имеется семь электронов, которые являются валентными:

1s²2s²2p⁵.

В результате химического взаимодействия фтор принимает электрон от других атомов, т.е. являться его акцептором, и превращается в отрицательно заряженный ион:

F⁰+1e → F^—.

Молекула и атом фтора

Молекула фтора состоит из двух атомов – F₂. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу фтора:

Энергия ионизации атома, эВ	17,42
Сродство атома к электрону, эВ	3,45
Относительная электроотрицательность	4,0
Радиус атома, нм	0,064
Межъядерное расстояние в молекуле, нм	0,142
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25^oС, кДж/моль	159

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте относительную плотность по воздуху фтора и фтороводорода.

Решение

Известно, что плотность какого-либо газа по воздуху рассчитывается как отношение молярной масса этого газа к молярной массе воздуха (29 г/моль):

D_air = M / M_air.

Молярная масса молекулярного фтора равна 38 г/моль, а фтороводорода – 20 г/моль. Тогда плотности фтора и фтороводорода по воздуху будут равны:

D_air (F₂) = M (F₂) / M_air;

D_air (F₂) = 38 / 29 = 1,31.

D_air (HF) = M (HF) / M_air;

D_air (HF) = 20 / 29 = 0,6897.

Ответ

Плотность фтора по воздуху равна 1,31, фтороводорода – 0,6897.

ПРИМЕР 2

Задание

В каком из соединений галогенов с натрием: NaF, NaBr или NaI самая большая массовая доля галогена? Ответ подтвердите расчетом.

Решение

Вычислим молярные массы галогенидов натрия:

M(NaF) = Ar(Na) + Ar(F) = 23 + 19 = 42 г/моль;

M(NaBr) = Ar(Na) + Ar(Br) = 23 + 80 = 103 г/моль;

M(NaI) = Ar(Na) + Ar(I) = 23 + 127 = 150 г/моль.

Вычислим массовые доли элементов, входящих в состав фторида натрия:

ω(Na) = Ar(Na) / M (NaF) × 100%;

ω(Na) = 23 / 42 × 100% = 54,76%.

ω(F) = Ar(F) / M (NaF) × 100%;

ω(F) = 19 / 42 × 100% = 45,24%.

Вычислим массовые доли элементов, входящих в состав бромида натрия:

ω(Na) = Ar(Na) / M (NaBr) × 100%;

ω(Na) = 23 / 103 × 100% = 22,33%

ω(Br) = Ar(Br) / M (NaBr) × 100%;

ω(Br) = 80 / 103 × 100% = 77,67%.

Вычислим массовые доли элементов, входящих в состав иодида натрия:

ω(Na) = Ar(Na) / M (NaI) × 100%;

ω(Na) = 23 / 150 × 100% = 15,33%.

ω(I) = Ar(I) / M (NaI) × 100%;

ω(I) = 127 / 150 × 100% = 84,64%.

Самая большая массовая доля галогена содержится в иодиде натрия.