Самый активный, самый электроотрицательный, самый реакционноспособный, самый агрессивный элемент, самый-самый неметалл. Самый, самый, самый... Это слово или его синонимы нам придется повторять очень часто. Ведь речь пойдет о фторе.

На полюсе периодической системы

Влияние размера атома галогена на устойчивость галогенидов легко проследить на примере галоидных соединений молибдена (табл. 1).

Атомы фтора обладают очень высокой электроотрицательностью, т. е. способностью притягивать электроны; при взаимодействии с кислородом фтор образует окись, в которой кислород заряжен положительно. Горячая вода сгорает в струе фтора с образованием кислорода. Не правда ли, исключительный случай? Кислород оказался вдруг не причиной, а следствием горения.

Не только вода, но и другие обычно негорючие материалы, такие, как асбест, кирпич, многие металлы, загораются в струе фтора. Бром, йод, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, сурьма, кремний, древесный уголь самовоспламеняются во фторе уже при обычной температуре, а при небольшом нагревании та же участь постигает и благородные платиновые металлы, известные своей химической пассивностью.

Поэтому не удивительно само название фтора. В переводе с греческого это слово означает «разрушающий».

Фтор или флюор?

Фтор — разрушающий — удивительно подходящее название. Однако за рубежом более распространено другое имя элемента № 9 — флюор, что в переводе с латинского означает «текучий».

Это название больше подходит не к фтору, а к некоторым его соединениям и берет свое начало от флюорита или плавикового шпата — первого соединения фтора, использованного человеком. По-видимому, еще в древности люди знали о способности этого минерала снижать температуру плавления руд и металлургических шлаков, но, естественно, не знали его состава. Флюором назвали главную составную часть этого минерала, еще неизвестный элемент.

Это название настолько укоренилось в умах ученых, что логически оправданное предложение о переименовании элемента, выдвинутое в 1816 году, не нашло поддержки. А ведь в эти годы шли усиленные поиски флюора, уже было накоплено немало экспериментальных данных, подтверждавших разрушительные способности флюора и его соединений. Да и авторами предложения были не кто-нибудь, а крупнейшие ученые того времени Андрэ Ампер и Хэмфри Дэви. И все-таки фтор остался флюором. Предложение Ампера и Дэви поддержали лишь русские химики. До сих пор в мировой химической литературе элемент № 9 чаще появляется под именем флюора, чем йод именем фтора.

Жертвы?—Нет, герои

Первое упоминание о флюоре относится к XV веку. Но средневековый алхимик Б. Валентинус так называл не фтор, а плавиковый шпат. Не только в его рукописях, но и в других средневековых книгах описываются свойства этого минерала, прежде всего его способность образовывать сравнительно легкоплавкие шлаки.

В начале XVIII века была открыта плавиковая кислота — водный раствор фтористого водорода, а в 1780 году известный шведский химик Карл Вильгельм Шееле впервые высказал мысль, что в этой кислоте содержится новый активный элемент. Однако, чтобы подтвердить догадку Шееле и выделить фтор (или флюор), химикам потребовалось больше ста лет, целый век упорной работы многих ученых из разных стран.

Сегодня мы знаем, что фтор очень токсичен, что работа с ним и его соединениями требует большой осторожности и продуманных мер защиты. Первооткрыватели фтора могли об этом только догадываться, да и то не всегда. Поэтому история открытия фтора связана с именами многих героев, науки. Английские химики братья Томас и Георг Нокс пытались получить фтор из фторидев серебра и .свинца. Опыты окончились трагически: Георг Нокс стал инвалидом, Томас погиб. Та же участь постигла Д.Никлеса и П. Лайета. Выдающийся химик XIX века Хэмфри Дэви, создатель водородной теории кислот, человек, впервые получивший натрий, калий, магний, кальций, литий и бор, доказавший элементарность хлора, не смог решить проблемы получения всеразрушающего элемента. В ходе этих опытов он отравился и тяжело заболел. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар потеряли здоровье, так и не добившись сколько-нибудь обнадеживающих результатов.

Более удачливыми оказались А. Лавуазье, М. Фарадей, Э. Фреми. Их фтор «пощадил», но и они не добились успеха.

В 1834 году Фарадею показалось, что ему, наконец, удалось получить неуловимый газ. Но вскоре он вынужден был признать: «Я не смог получить фтор. Мои предположения, подвергаясь строгому анализу, отпадали одно за другим...» В течение пятидесяти (!) лет этот гигант науки пытался решить проблему получения фтора, но так и не смог одолеть ее...

Неудачи преследовали ученых, однако, уверенность в существовании и возможности выделения фтора крепла с каждым новым опытом. Она основывалась на многочисленных аналогиях в поведении и свойствах соединений фтора с соединениями уже известных галогенов — хлора, брома и йода.

О своем открытии Муассан сообщил Парижской академии. Моментально была создана комиссия, которая через несколько дней должна была прибыть в лабораторию Муассана, чтобы увидеть все своими глазами.

Муассан тщательно подготовился к проведению повторного эксперимента. Он подверг исходный фтористый водород дополнительной очистке, и... высокопоставленная комиссия не увидела фтора. Опыт не воспроизводился, электролиза с выделением фтора не наблюдалось! Скандал?!

Но Муассану удалось найти причину. Оказалось, что лишь небольшие количества фтористого калия, содержащегося во фтористом водороде, делают его проводником электричества.

Применение в первом опыте фтористого водорода без дополнительной очистки обеспечило успех: были примеси — шел электролиз. Тщательная подготовка второго опыта стала причиной неудачи.

И все-таки удача определенно сопутствовала Муассану. Вскоре ему удалось найти недорогой и надежный материал для аппаратов, в которых получается фтор. Эта проблема была не менее сложной, чем получение неподатливого элемента. Фтористый водород и фтор разрушали любую аппаратуру. Еще Дэви испытывал сосуды из кристаллической серы, угля, серебра и платины, но все эти материалы разрушались в процессе электролиза соединений фтора.

Первые граммы фтора Муассан получил в платиновом электролизере с электродами из иридиево-платинового сплава. Несмотря на низкую температуру, при которой проводился опыт, каждый грамм фтора «уничтожал» -5—6 граммов платины.

Платиновый сосуд Муассан заменил медным. Конечно, и медь подвержена действию фтора, но как алюминий защищается от воздуха окисной пленкой, так и медь «укрывалась» от фтора за пленкой непреодолимого для него фторида меди.

Электролиз до сих пор остается практически единственным методом получения фтора. С 1919 года в качестве электролита используются расплавы бифторидов. Материалы современных электролизеров и электродов — это медь, никель, сталь, графит. Все это во много раз удешевило производство элемента № 9 и дало возможность получать его в промышленных масштабах. Однако принцип получения фтора остался тем же, что предлагали Дэви и Фарадей и впервые осуществил Муассан.

Фтор и многие его соединения представляют не только большой теоретический интерес, но и находят широкое практическое применение. Соединений фтора очень много, использование их настолько многосторонне и обширно, что для рассказа обо всем интересном, что связано с этим элементом, не хватило бы и ста страниц. Поэтому в нашем рассказе вы встретите только самые интересные фтористые соединения, прочно вошедшие в нашу промышленность, в нашу жизнь, в наш быт и даже в наше искусство — соединения, без которых (это можно сказать без преувеличения) немыслим прогресс.

Гидрид фтора и... вода

Одно из природных соединений фтора — минерал криолит — называют нетающим льдом. Действительно, огромные кристаллы криолита очень похожи на ледяные глыбы.

На Земле фтористый водород служит другим целям.

Нюрнбергский художник Швангард еще в 1670 году смешивал плавиковый шпат с серной кислотой и этой смесью наносил рисунки на стекло. Швангард не знал, что компоненты его смеси реагируют между собой, а «рисует» продукт реакции. Это не помешало внедрению открытия Швангарда. Пользуются им и в наши дни. На стеклянный сосуд наносится гонкий слой парафина. Художник рисует по этому слою, а затем опускает сосуд в раствор плавиковой кислоты. В тех местах, где неуязвимая для фтористого водорода парафиновая «броня» снята, кислота разъедает стекло, и рисунок навсегда запечатлевается на нем. Это старейшее применение фтористого водорода, но отнюдь не единственное.

Достаточно сказать, что менее чем через двадцать лет после создания первых промышленных установок для получения фтористого водорода его годовое производство в США достигло 125 000 тонн, а в настоящее время эта цифра, вероятно, увеличилась вдвое.

Стекольная, пищевая, нефтяная, атомная, металлургическая, химическая, авиационная, бумажная — вот далеко не полный перечень тех отраслей промышленности, где фтористый водород находит самое широкое применение. Его основными потребителями стали металлургия, химия и атомная техника, удельный вес которых в использовании поступает в организм с питьевой водой. Обычно в тонне я воды содержится до 0,2 мг фтора. Нехватка фтора приводит к гниению зубов — кариесу.

Во многих местах построены установки для искусственного фторирования воды. Самая большая из них работает;в ГДР. Фторированной водой пользуются и жители города Норильска.

Особенно эффективен этот способ лечения кариеса для детей. Поэтому в некоторых странах соединения фтора (в исключительно малых дозах) добавляют в... молоко.

Существует предположение о том, что фтор необходим для развития живой клетки и что он входит вместе с фосфором в состав животных и растительных тканей.

Фтор находит широкое применение при синтезе различных медицинских препаратов. Фторорганические соединения успешно применяются для лечения болезней щитовидной железы, особенно базедовой болезни, хронических форм диабета, бронхиальных и ревматических заболеваний, глаукомы и рака. Они также пригодны для профилактики и лечения малярии и служат хорошим средством против стрептококковых и стафиллококковых инфекций.

Некоторые фторорганические препараты — надежные обезболивающие средства. Один из них — флюотан — уже несколько лет применяется в медицине как препарат для анестезии.

Фтор и жизнь—именно этот раздел химии фтора достоин наибольшего развития, и будущее — за ним. Фтор и смерть? Можно и нужно работать и в этой области, но для того, чтобы получать не смертоносные отравляющие вещества, а различные препараты для борьбы с грызунами и другими сельскохозяйственными вредителями. Такое применение находят, например, монофторуксусная кислота и фторацетат натрия.

Как приятно бывает в жаркий летний день достать из холодильника бутылку ледяной минеральной воды...

В большинстве холодильников — и промышленных, и домашних — хладоагентом, веществом, создающим холод, работает фторорганическая жидкость — фреон.

Фреоны получаются при замене атомов водорода в молекулах простейших органических соединений на фтор или фтор я хлор.

В домашних Холодильниках обычно работает фреон-12. Это бесцветный, нерастворимый в воде и негорючий газ с запахом, похожим на завах эфира. Фреоны 11 и 12 работают также в установках для кондиционирования воздуха. В «шкале вредности», составленной для всех применяемых хладоагентов, фреоны занимают последние места. Они даже безвреднее «сухого льда»—твердой двуокиси углерода.

Фреоны исключительно устойчивы, химически инертны. Здесь, как и в случае фторопластов, мы сталкиваемся с тем же удивительным явлением: с помощью наиболее активного элемента — фтора — удается получить химически очень пассивные вещества. Особенно устойчивы они к действию окислителей, и это не удивительно — ведь их атомы углерода находятся в высшей степени окисления. Поэтому фторуглероды (и, в частности, фреоны) не горят даже в атмосфере чистого кислорода. При сильном нагревании происходит деструкция — распад молекул, но не окисление их. Эти свойства позволяют применять фреоны еще в ряде случаев: их используют как пламегасителя, инертные растворители, промежуточные продукты для получения пластмасс и смазочных материалов.

На примере фреонов мы могли наблюдать, как фтор работает на «индустрию холода», но с его помощью можно получать и очень высокие температуры.

Не случайно авторов научно-фантастических романов привлекают реактивные двигатели, работающие на фторе. Но о возможности использования фтора как окислителя в ЖРД говорят не только фантасты. Весьма далекая от фантастики американская фирма «Норт Америкен» разработала проект двигателя на жидком водороде и фторе.

Но у фтора, как составной части ракетного топлива, есть ряд крупных недостатков. Он очень токсичен, коррозионноактивен и имеет очень низкую температуру кипения. Сохранить его в виде жидкости труднее, чем другие газы. Поэтому более перспективны соединения фтора с кислородом и галогенами.

Некоторые из этих соединений по своим окислительным свойствам не уступают жидкому фтору, но имеют огромное преимущество: в обычных условиях это или жидкости, или же легко сжижаемые газы. Сравните их свойства, проанализировав данные табл. 3.

Среди фторгалоидных соединений наиболее удобны для использования в ракетном топливе трифторид хлора и пентафторид брома. Известно, например, что еще в 1956 году в США трехфтористый хлор рассматривался как возможный окислитель ракетного топлива. Высокая химическая активность затрудняет применение подобных веществ. Однако эти затруднения не абсолютны и преодолимы.

Фтор и будущее

Контуры будущего. Ученым-химикам они рисуются в виде атомных двигателей и ракет, архитектурных ансамблей из очень легких и прочных сплавов и пластмасс, не -

боящихся ни воды, ни огня, ни резких ударов, ни ядерных излучений. Отдельные детали этой картины дорисовывают новые виды топлива, чудодейственные лекарственные 1 препараты, полупроводниковая и лазерная техника.