Происхождение и распространение фтора
Фтор относительно редок во Вселенной по сравнению с другими элементами с близким атомным весом . На Земле фтор в основном встречается только в минеральных соединениях из-за его реакционной способности. Основной коммерческий источник — флюорит — распространенный минерал.
Во вселенной
[ редактировать ]| Атомный число | Элемент | Родственник количество |
|---|---|---|
| 6 | Углерод | 4,800 |
| 7 | Азот | 1,500 |
| 8 | Кислород | 8,800 |
| 9 | Фтор | 1 |
| 10 | Неон | 1,400 |
| 11 | Натрий | 24 |
| 12 | Магний | 430 |
По оценкам, при концентрации 400 частей на миллиард фтор является 24-м по распространенности элементом во Вселенной. Для легкого элемента это сравнительно редко (элементы, как правило, встречаются тем чаще, чем они легче). Все элементы от атомного номера 6 (углерод) до атомного номера 12 (магний) в сотни или тысячи раз более распространены, чем фтор, за исключением элемента 11 (натрий). Один научный писатель описал фтор как «хижину среди особняков» с точки зрения его изобилия. [2] Фтор настолько редок, потому что он не является продуктом обычных процессов ядерного синтеза в звездах. А любой образующийся в звездах фтор быстро удаляется в результате сильных реакций ядерного синтеза — либо с водородом с образованием кислорода и гелия, либо с гелием с образованием неона и водорода. [2] [3] Присутствие фтора вообще – за исключением временного существования в звездах – является своего рода загадкой из-за необходимости избегать этих реакций разрушения фтора. [2] [4]
Существуют три теоретических решения этой загадки: в сверхновых типа II атомы неона могут столкнуться с нейтрино во время взрыва и превратиться во фтор. В звездах Вольфа-Райе (голубые звезды более чем в 40 раз тяжелее Солнца) сильный солнечный ветер может выдуть фтор из звезды до того, как водород или гелий смогут ее уничтожить. Наконец, в звездах асимптотической ветви гигантов (тип красных гигантов) реакции синтеза происходят импульсами, и конвекция может вывести фтор из внутренней звезды. Только гипотеза красных гигантов имеет подтверждающие данные наблюдений, катионы фтора были обнаружены в планетарных туманностях. [2] [4]
В космосе фтор обычно соединяется с водородом, образуя фторид водорода. (Это соединение было предложено в качестве индикатора, позволяющего отслеживать резервуары водорода во Вселенной.) [5] Помимо HF, в межзвездной среде наблюдался одноатомный фтор . [6] [7] фтора Катионы наблюдались в планетарных туманностях и звездах, включая Солнце. [8]
На Земле
[ редактировать ]Фтор является тринадцатым по распространенности элементом в земной коре и составляет от 600 до 700 частей на миллион земной коры по массе. Из-за своей реакционной способности он встречается только в соединениях.
Коммерческие источники
[ редактировать ]Существуют три минерала, которые являются промышленно значимыми источниками фтора: флюорит , фторапатит и криолит . [9] [10]
| Основные фторсодержащие минералы | ||
 |  |  |
| Флюорит | Фторапатит | Криолит |
Флюорит
[ редактировать ]Флюорит (CaF 2 ), также называемый плавиковым шпатом, является основным источником коммерческого фтора. Флюорит — красочный минерал, связанный с гидротермальными месторождениями. Это распространено и встречается во всем мире. Китай обеспечивает более половины мирового спроса, а Мексика является вторым по величине производителем в мире. [ нужна ссылка ]
Соединенные Штаты производили большую часть мирового флюорита в начале 20 века, но их последний рудник в Иллинойсе закрылся в 1995 году. Канада также прекратила добычу в 1990-х годах. В Соединенном Королевстве наблюдается сокращение добычи флюорита, и оно является нетто-импортером с 1980-х годов. [10] [11] [12] [13] [14]
Фторапатит
[ редактировать ]Фторапатит (Ca 5 (PO 4 ) 3 F) добывается вместе с другими апатитами из-за содержания в нем фосфатов и используется в основном для производства удобрений. Большая часть земного фтора связана с этим минералом, но поскольку его процентное содержание в минерале невелико (3,5%), фтор выбрасывается как отходы. Только в Соединенных Штатах наблюдается значительное восстановление. Там гексафторсиликаты, образующиеся в качестве побочных продуктов, используются для фторирования воды. [10]
Криолит
[ редактировать ]Криолит (Na 3 AlF 6 ) наименее распространен из трех основных фторсодержащих минералов, но является концентрированным источником фтора. Раньше его использовали непосредственно в производстве алюминия. Однако главная коммерческая шахта на западном побережье Гренландии закрылась в 1987 году. [10]
Незначительные происшествия
[ редактировать ]Некоторые другие минералы, такие как драгоценный камень топаз , содержат фторид. Фториды не играют существенной роли в морской воде или рассолах, в отличие от других галогенидов , поскольку фториды щелочноземельных металлов осаждаются из воды. [10] Коммерчески незначительные количества фторорганических соединений наблюдались при извержениях вулканов и в геотермальных источниках. Их окончательное происхождение (из биологических источников или геологических образований) неясно. [15]
Возможность наличия небольших количеств газообразного фтора внутри кристаллов обсуждается уже много лет. Одна из форм флюорита, антозонит , при измельчении имеет запах, напоминающий фтор. Минерал также имеет темно-черный цвет, возможно, из-за свободного кальция (не связанного с фторидом). В 2012 году исследование сообщило об обнаружении следовых количеств (0,04% по весу) двухатомного фтора в антозоните. Было высказано предположение, что свободного фтора вызваны излучением небольших количеств урана внутри кристаллов дефекты . [16]
Цитаты
[ редактировать ]- ^ Кэмерон, AGW (1973). «Распространение элементов в Солнечной системе» (PDF) . Обзоры космической науки . 15 (1): 121–146. Бибкод : 1973ССРв...15..121С . дои : 10.1007/BF00172440 . S2CID 120201972 . Архивировано из оригинала (PDF) 21 октября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д Кросвелл, Кен (2003). «Фтор: элементарная загадка» . Небо и телескоп . Проверено 3 мая 2011 г.
- ^ Справочник по изотопам в космосе: от водорода до галлия ; Дональд Клейтон; страницы 101-104
- ^ Jump up to: а б Ренда, А.; Феннер, Ю.; Гибсон, Британская Колумбия; Каракас, А.И.; и др. (2004). «О происхождении фтора в Млечном Пути» (PDF) . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 354 (2): 575–580. arXiv : astro-ph/0410580 . Бибкод : 2004MNRAS.354..575R . дои : 10.1111/j.1365-2966.2004.08215.x . S2CID 12330666 .
- ^ Нойфельд, Дэвид; Бергин, Эдвин; Герин, Мэривонн (2010). «Отслеживание скрытых резервуаров газа Млечного Пути» . Европейское космическое агентство .
- ^ Сноу, Т.П. младший; Йорк, генеральный директор (1981). «Обнаружение межзвездного фтора на луче зрения в сторону Дельты Скорпиона» . Астрофизический журнал . 247 : Л39. Бибкод : 1981ApJ...247L..39S . дои : 10.1086/183585 .
- ^ Сноу, Теодор, П.; Дестри, Джошуа Д.; Дженсен, Адам Г. (2007). «Обилие межзвездного фтора и его значение». Астрофизический журнал . 655 (1): 285–298. arXiv : astro-ph/0611066 . Бибкод : 2007ApJ...655..285S . дои : 10.1086/510187 . S2CID 15700217 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Чжан, Ю.; Лю, X.-W. (2005). «Содержание фтора в планетарных туманностях». Астрофизический журнал . 631 (1): L61–L63. arXiv : astro-ph/0508339 . Бибкод : 2005ApJ...631L..61Z . дои : 10.1086/497113 . S2CID 18619904 .
- ^ Жакко и др. 2005 , с. 4.
- ^ Jump up to: а б с д и Гринвуд и Эрншоу 1998 , с. 795.
- ^ Вильяльба, Гара; Эйрс, Роберт У.; Шредер, Ганс (2008). «Учет фтора: производство, использование и потери». Журнал промышленной экологии . 11 : 85–101. дои : 10.1162/jiec.2007.1075 . S2CID 153740615 .
- ^ Келли, Т.Д. «Историческая статистика плавикового шпата» (PDF) . Геологическая служба США . Проверено 25 января 2012 г.
- ^ Ласти, Пенсильвания; Браун, Ти Джей; Уорд, Дж; Блумфельд, С. (2008). «Необходимость местного производства плавикового шпата в Англии» . Британская геологическая служба . Проверено 25 января 2012 г.
- ^ Норвуд, Чарльз Дж.; Фос, Юлиус Ф. (1907). «Плавиковый шпат и его появление» . Геологическая служба Кентукки. Бюллетень 9: Месторождения плавикового шпата в Кентукки . Полиграфическая компания «Глобус». п. 52.
- ^ Гриббл, Гордон В. (2002). «Фторорганические соединения природного происхождения». Фторорганические соединения . Справочник по химии окружающей среды. Том. 3Н. стр. 121–136. дои : 10.1007/10721878_5 . ISBN 3-540-42064-9 .
- ^ Шмедт, Йорн; Мангст, Мартин; Краус, Флориан (2012). «Элементарный фтор F 2 в природе – обнаружение in situ и количественное определение методом ЯМР-спектроскопии». Прикладная химия (на немецком языке). 124 (31): 7968–7971. Бибкод : 2012АнгЧ.124.7968С . дои : 10.1002/anie.201203515 .
Индексированные ссылки
[ редактировать ]- Гринвуд, штат Нью-Йорк; Эрншоу, А. (1998). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .
- Ульманн, Франц, изд. (2005). Энциклопедия промышленной химии . Вайли-ВЧ. ISBN 978-3-527-30673-2 .
- Жакко, Майкл; Фарон, Роберт; Девильерс, Дидье; Романо, Рене (2000). "Фтор". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a11_293 . ISBN 3-527-30673-0 .