ฟลูออรีน
ลิงก์ข้ามภาษาในบทความนี้ มีไว้ให้ผู้อ่านและผู้ร่วมแก้ไขบทความศึกษาเพิ่มเติมโดยสะดวก เนื่องจากวิกิพีเดียภาษาไทยยังไม่มีบทความดังกล่าว กระนั้น ควรรีบสร้างเป็นบทความโดยเร็วที่สุด |
ฟลูออรีน (อังกฤษ: fluorine) (จากภาษาละติน Fluere แปลว่า "ไหล") เป็นธาตุเคมีที่เป็นพิษและทำปฏิกิริยาได้มากที่สุด มีสัญลักษณ์ F และเลขอะตอม 9 เป็นธาตุแฮโลเจนที่เป็นเบาที่สุดและมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุด มักปรากฏอยู่ในรูปของแก๊สสีเหลืองที่ภาวะอุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ธาตุนี้ทำปฏิกิริยาได้เกือบทุกธาตุรวมทั้งแก๊สมีสกุลบางตัว มีสมบัติเป็นอโลหะมากที่สุด (ถ้าไม่รวมแก๊สมีสกุล)
Liquid fluorine (F2 at extremely low temperature) | |||||||||||||||
ฟลูออรีน | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
การอ่านออกเสียง |
| ||||||||||||||
อัญรูป | alpha, beta (see Allotropes of fluorine) | ||||||||||||||
รูปลักษณ์ | เมื่ออยู่ในสถานะแก๊สจะมีสีเหลืองอ่อนมาก เมื่ออยู่ในสถานะของเหลวจะมีสีเหลืองเข้ม เมื่ออยู่ในของแข็งจะไม่มีสีและทึบขึ้นอยู่กับชนิดของของแข็ง | ||||||||||||||
Standard atomic weight Ar°(F) | |||||||||||||||
| |||||||||||||||
ฟลูออรีนในตารางธาตุ | |||||||||||||||
| |||||||||||||||
หมู่ | group 17 (halogens) | ||||||||||||||
คาบ | คาบที่ 2 | ||||||||||||||
บล็อก | บล็อก-p | ||||||||||||||
การจัดเรียงอิเล็กตรอน | [He] 2s2 2p5[2] | ||||||||||||||
จำนวนอิเล็กตรอนต่อชั้น | 2, 7 | ||||||||||||||
สมบัติทางกายภาพ | |||||||||||||||
วัฏภาค ณ STP | gas | ||||||||||||||
จุดหลอมเหลว | 53.48 K (−219.67 °C, −363.41[3] °F) | ||||||||||||||
จุดเดือด | 85.03 K (−188.11 °C, −306.60[3] °F) | ||||||||||||||
ความหนาแน่น (ณ STP) | 1.696[4] g/L | ||||||||||||||
เมื่อเป็นของเหลว (ณ b.p.) | 1.505[5] g/cm3 | ||||||||||||||
Triple point | 53.48 K, 90[3] kPa | ||||||||||||||
Critical point | 144.41 K, 5.1724[3] MPa | ||||||||||||||
ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ | 6.51[4] kJ/mol | ||||||||||||||
ความจุความร้อนโมลาร์ | (Cp) (21.1 °C) 825[5] J·mol−1·K−1 (Cv) (21.1 °C) 610[5] J/(mol·K) | ||||||||||||||
ความดันไอ
| |||||||||||||||
สมบัติเชิงอะตอม | |||||||||||||||
เลขออกซิเดชัน | −1, 0[6] (oxidizes oxygen) | ||||||||||||||
อิเล็กโตรเนกาทิวิตี | Pauling scale: 3.98[7] | ||||||||||||||
รัศมีอะตอม | calculated: 42 pm | ||||||||||||||
รัศมีโคเวเลนต์ | 64[8] pm | ||||||||||||||
รัศมีวานเดอร์วาลส์ | 135[9] pm | ||||||||||||||
เส้นสเปกตรัมของฟลูออรีน | |||||||||||||||
สมบัติอื่น | |||||||||||||||
โครงสร้างผลึก | มอโนคลินิกฐาน-กลาง สถานะแอลฟา (อุณหภูมิต่ำ)[10] | ||||||||||||||
การนำความร้อน | 0.02591[11] W/(m⋅K) | ||||||||||||||
ความเป็นแม่เหล็ก | diamagnetic, −1.2×10−4 (SI)[12][13] | ||||||||||||||
เลขทะเบียน CAS | 7782-41-4[7] | ||||||||||||||
ประวัติศาสตร์ | |||||||||||||||
การตั้งชื่อ | ตามแร่ฟลูออไรต์ ตัวมันเองตั้งชื่อตามละตินว่า fluo (ไหล, ในการหลอม) | ||||||||||||||
การค้นพบ | อ็องเดร-มารี อ็องแปร์ (1810) | ||||||||||||||
การแยกให้บริสุทธิ์เป็นครั้งแรก | เฮนริ มัวซอง[7] (26 มิถุนายน 1886) | ||||||||||||||
Named by | ฮัมฟรี เดวี | ||||||||||||||
ไอโซโทปของฟลูออรีน | |||||||||||||||
ไม่มีหน้า แม่แบบ:กล่องข้อมูลไอโซโทปของฟลูออรีน | |||||||||||||||
ลักษณะ
แก้ไอโซโทป
แก้นิวเคลียสของฟลูออรีนประกอบด้วย 9 โปรตอน 9 นิวตรอน แต่ไอโซโทปที่เสถียรของฟลูออรีนนั้น คือ ฟลูออรีน–19 มีโปรตอน 10 โปรตอน ส่วนไอโซโทปของฟลูออรีนที่สังเคราะห์ขึ้นมี 17 ไอโซโทปมีมวลอะตอมตั้งแต่ 14–31 (ยกเว้น 19) ในบรรดาไอโซโทปเหล่านี้ ไอโซโทปที่เสถียรที่สุด คือ ฟลูออรีน–18 ด้วยครึ่งชีวิต 109.77 นาที ไอโซโทปที่มวลเบาส่วนใหญ่จะสลายตัวด้วยวิธีการจับยึดอิเล็กตรอน ฟลูออรีน–17 และฟลูออรีน-18 สลายตัวด้วยการแบ่งแยกโพซิตรอน ส่วนไอโซโทปที่หนักกว่าฟลูออรีน–19 จะสลายด้วยวิธีการสลายให้อนุภาคบีตา
โครงสร้างอะตอม
แก้อะตอมฟลูออรีนในธรรมชาติมี 9 อิเล็กตรอน มีอิเล็กตรอนน้อยกว่านีออนอยู่ 1 อิเล็กตรอน ดังในการจัดเรียงอิเล็กตรอนของฟลูออรีน [He] 2s2 2p5[16] อะตอมของฟลูออรีนมีรัศมีโควาเลนซ์เพียง 64 พิโกเมตร ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับอะตอมออกซิเจนและอะตอมนีออน[note 1][17][18]
พลังงานไอออไนเซชั่นของฟลูออรีนสูงเป็นอันดับ 2 ในคาบเดียวกัน คือมีพลังงานไอออไนเซชั่นลำดับที่ 1 1,681 กิโลจูล/โมล ซึ่งรองจากนีออนที่มีพลังไอออไนเซชั่นลำดับที่ 1 2,080 กิโลจูลต่อโมล[19] แต่ในหมู่เดียวกันแล้วฟลูออรีนมีพลังงานไอออเนเซชันมากที่สุด ทำให้อิเล็กตรอนยากที่จะหลุดออกจากอะตอมฟลูออรีนแต่จะได้รับอิเล็กตรอนเข้ามาง่าย แต่ค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity)ของฟลูออรีนเป็นอันดับ 2 ซึ่งรองจากคลอรีน[20]ที่มีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนอยู่ 352.4 แต่ฟลูออรีนมีค่านี้อยู่ 331.4 ส่วนค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีหรือสภาพไฟฟ้าลบของธาตุของฟลูออรีนมีมากที่สุดในบรรดาธาตุใด ๆ คือมีค่าเท่ากับ 4.0[21]
โครงสร้างโมเลกุล
แก้โมเลกุลของฟลูออรีนส่วนใหญ่จะเป็นรูปของ F2 หรือไดฟลูออไรด์ พลังงานระหว่างพันธะของ F2 มีค่าน้อยกว่าพลังงานระหว่างพันธะของ Cl2 และ Br2 ถ้าฟลูออรีนไม่ได้อยู่เป็นคู่จะมีเป็นแม่เหล็กไดอะแมกเนติกแต่ถ้าอยู่กันเป็นคู่แล้วจะมีแม่เหล็กเป็นพาราแมกเนติก ซึ่งคล้ายกับออกซิเจนและไนโตรเจน
สถานะ
แก้ฟลูออรีนมีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง[22] เป็นแก๊สที่มีสีเหลืองอ่อนฟลูออรีนบริสุทธิ์มีสีเหลืองอ่อนมาก[23] ฟลูออรีนจะควบแน่นเป็นฟลูออรีนเหลวที่อุณหภูมิ -188 องศาเซลเซียส (-307 องศาฟาเรนไฮต์)[24] ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่ออกซิเจนและไนโตรเจนควบแน่นเป็นของเหลว
ฟลูออรีนจะเป็นของแข็งได้ที่อุณหภูมิ -220 องศาเซลเซียส (-363 องศาฟาเรนไฮต์)[24] ซึ่งอะตอมฟลูออรีนในฟลูออรีนแข็งนี้จะจัดเรียงเป็นรูปลูกบาศก์ หรือที่เรียกว่าบีตา–ฟลูออรีน ในสถานะนี้ฟลูออรีนจะมีลักษณะเป็นของแข็งโปร่งใสและนุ่ม ในอุณหภูมิ -228 องศาเซลเซียส (-378 องศาฟาเรนไฮต์) ฟลูออรีนจะสามารถเปลี่ยนสถานะจากของแข็งไปเป็นของแข็งโดยที่โครงสร้างคริสตัลจะเปลี่ยนไปเท่านั้นคือเป็นมอโนคลินิกหรือที่เรียกว่าแอลฟา–ฟลูออรีน ซึ่งจะมีสีทึบและยากที่จะปิดตัว พลังงานที่เปลี่ยนโครงสร้างคริสตัลนี้มากกว่าพลังงานที่ใช้เปลี่ยนสถานะที่จุดหลอมเหลวและสามารถจะรุนแรงขึ้นไปอีก[10][25] ในปกติ ฟลูออรีนแข็งค่อนข้างที่จะคล้ายกับออกซิเจนแข็งมากกว่าธาตุในหมู่แฮโลเจนที่อยู่ในสถานะของแข็ง[10][25]
การเกิดปฏิกิริยาเคมี
แก้ฟลูออรีนเมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วบ่อยครั้งที่จะเกิดอย่างฉับพลันหรือเกิดระเบิดขึ้น สารหลายอย่างที่ถือว่าโดยทั่วไปว่าเป็นปฏิกิริยาทางเคมีเช่นผงเหล็ก เศษแก้วและใยหิน เส้นใยนี้เกิดปฏิกิริยากับฟลูออรีนเย็นได้ง่าย น้ำและไม้สามารถถูกเผาไฟได้โดยนำไปใกล้กับฟลูออรีนโดยที่ไม่ต้องมีจุดประกายไฟ[22][26]
วิดีโอหลายคลิปจากแหล่งข้อมูลภายนอก | |
---|---|
Bright flames during fluorine reactions | |
Fluorine reacting with caesium |
ฟลูออรีนได้ถูกนำไปใช้ในการเกิดสารประกอบของแก๊สมีสกุลโดยที่ฟลูออรีนทำปฏิกิริยากับแพลตทินัม แพลเลเดียม หรือเหล็กเกิดเป็น PtF6 PdF6 FeF6 แล้วนำไปใช้เป็นตัวออกซิไดส์ที่สามารถดึงอิเล็กตรอนของแก๊สมีสกุลแล้วให้ความร้อน ดังสมการ
Xe + PtF6(g) → [Xe+][(PtF6)-]
การปรากฏ
แก้เอกภพ
แก้เอกภพมีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบที่ 40 ส่วนในพันล้านส่วน ฟลูออรีนเป็นที่คาดกันว่าจะเป็นธาตุที่พบมากที่สุดเป็นอันดับที่ 24 ในเอกภพ มันเป็นธาตุเบาที่หายาก (ธาตุที่เบากว่ามีแนวโน้มที่จะพบมาก) ธาตุทั้งหมดตั้งแต่ ธาตุที่ 6–14 ยกเว้นธาตุที่ 11[27] มีในเอกภพมากกว่าฟลูออรีน 100–1,000 เท่า ในลำดับการทำปฏิกิริยาฟิวชันบนดาวฤกษ์จะผลิต ออกซิเจน คาร์บอน นีออน และอื่น ๆ โดยที่ไม่มีฟลูออรีนผลิตออกมา ถึงจะผลิตได้แต่มันจะถูกทำลายอย่างรวดเร็วโดยปฏิกิริยาฟิวชันอื่น ๆ[27][28]
โลก
แก้ฟลูออรีนเป็นธาตุลำดับที่ 13 ตามธาตุที่พบมากในเปลือกโลก ในเปลือกโลกประกอบไปด้วยฟลูออรีน 600–700 ส่วนในล้านส่วน โดยมวล ส่วนใหญ่แล้วจะพบฟลูออรีนในรูปของสารประกอบ ซึ่งเป็นแร่[29][30] แร่ที่สำคัญที่มีฟลูออรีน ได้แก่
- แร่ฟลูออไรต์ – (CaF2) หรือ ฟลูออสปาร์ เป็นแหล่งที่มาหลักของฟลูออรีนในเชิงพาณิชย์ ฟลูออไรต์นี้พบได้ทั่วโลก ประเทศจีนเป็นประเทศที่ต้องการแร่นี้มากกว่าครึ่งหนึ่งของความต้องการของโลก รองลงมาเป็นประเทศแม็กซิโก ประเทศสหรัฐอเมริกาสามารถผลิตฟลูออไรต์ได้มากที่สุดในช่วงศตวรรษที่ 20 แต่เหมืองแร่แห่งสุดท้ายในรัฐอิลลินอยได้ถูกปิดลงในปี ค.ศ. 1995[30][31][32][33][34]
- ฟลูออร์อะพาไทด์ – (Ca5(PO4)3F) และอะพาไทด์อื่นๆ ถูกขุดออกมาในปริมาณที่มากเนื่องจากอะพาไทด์จะถูกนำไปสกัดเอาฟอสฟอรัสมาทำปุ๋ยฟอสเฟต ฟลูออรีนบนโลกส่วนใหญ่อยู่ในแร่ชนิดนี้ แต่เศษของฟลูออรีนที่น้อยมาก (3.5 %) จะถูกทิ้งเป็นของเสีย มีแต่ในสหรัฐอเมริกาเท่านั้นที่เก็บฟลูออรีนนี้ไว้เพื่อทำเฮกซะฟลูออโรซิลิเกต (SiF6) เพื่อใช้ในการจัดหาน้ำโดยการฟลูออไรเดชั่น[30]
- ไครโอไลต์ – (Na3AlF6) เป็นที่มีแร่ที่มีฟลูออรีนที่มีในโลกน้อยที่สุด แต่เดิมแร่นี้ใช้ในการผลิตอะลูมิเนียม เหมืองแร่เชิงพาณิชย์หลักที่ชายฝั่งตะวันตกของกรีนแลนด์ได้ถูกปิดลงในปี ค.ศ. 1987[30]
แร่หลักที่มีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบ | ||
ฟลูออไรต์ | ฟลูออร์อะพาไทด์ | ไครโอไลต์ |
นอกจากนี้ยังมีแร่อื่น ๆ อีกเช่น พลอย บุษราคัม อยู่ในรูปของฟลูออไรด์ ฟลูออไรด์นั้นพบในน้ำทะเลซึ่งต่างจากแฮไลด์อื่น ๆ เพราะโลหะแอลคาไลน์เอิร์ทจะตกตะกอนเมื่อนำมันออกจากน้ำ ฟลูออรีนนั้นยังถูกพบในขณะที่ภูเขาไฟระเบิดและจากน้ำพุร้อนใต้ดิน จุดกำเนิดของฟลูออรีนที่ดีที่สุดนี้นยังไม่แน่ชัด[35]
สารประกอบ
แก้ฟลูออรีนส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชั่น -1 เพราะฟลูออรีนขาดอิเล็กตรอนอีก 1 ก็จะเกิดความเสถียร ดั้งนั้นฟลูออรีนจึงเกิดสารประกอบกับโลหะแอลคาไลและธาตุที่มีเลขออกซิเดชั่น +1 ได้ง่าย
ไฮโดรเจนฟลูออไรด์
แก้ฟลูออรีนเกิดปฏิกิรยากับไอโดรเจนเกิดเป็นสารประกอบที่เรียกว่า ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) หรือที่มันละลายน้ำแล้วจะเป็นกรดไฮโดรฟลูออริก (H+F) จุดเดือดของไฮโดรเจนฟลูออไรด์สูงกว่าไฮโดรเจนแฮไลด์อื่น ๆ[36][37][38] เช่นเดียวกับไดไฮโดรเจนออกไซด์ ที่มีจุดเดือดสูงกว่าไดไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไดไฮโดรเจนซีลีไนด์ ไดไฮโดรเจนเทลลูไรด์
ในสารละลายน้ำ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์เป็นกรดอ่อน ในขณะที่ไฮโดรแฮลิกอื่น ๆ เป็นกรดแก่[39][note 2] กรดไฮโดรฟลูออริกนำไปใช้เป็นงานศิลปะที่ทำโดยกระจกเพื่อใช้ให้มันกัดกระจก[41][42]
สารประกอบกับแก๊สมีสกุล
แก้สารประกอบแรกที่เกิดสารประกอบฟลูออรีนกับแก๊สมีสกุลคือ ซีนอนเททระฟลูออไรด์ ต่อมาก็สามารถสร้างสารประกอบที่มีฟลูออรีน 2 อะตอมได้คือ เรดอนไดฟลูออไรด์แล้วคาดว่าจะเกิดกับซีนอนและคริปทอนได้ ส่วนสารประกอบที่เกิดขึ้นกับแก๊สมีสกุลที่เบากว่าจะสลายตัวไปอย่างรวดเร็ว และจะเกิดขึ้นในสภาพที่มีความดันสูง อุณหภูมิต่ำ เช่นอาร์กอนเฮกซะฟลูออโรไฮเดรต (ArHF6) และฮีเลียมเฮกซะฟลูออโรไฮเดรต (HeHF6) ส่วนนีออนนั้นยังไม่พบสารประกอบกับฟลูออรีน
การนำไปใช้ประโยชน์
แก้- โซเดียมฟลูออไรด์ ใช้ปริมาณเล็กน้อยเติมลงในยาสีฟัน จะทำให้แคลเซียมที่ผิวฟันแปลงสภาพเป็นแคลเซียมฟลูออไรด์ที่ไม่ละลายน้ำ และป้องกันฟันผุได้
- กรดไฮโดรฟลูออริก หรือกรดกัดแก้ว ใช้ในงานศิลปะเพื่อกัดกระจกให้เป็นลวดลายต่าง ๆ ตามที่ต้องการ
ความอันตราย
แก้ฟลูออรีนนั้นมีความอันตรายสูงมากถ้ามันบริสุทธิ์ มันจะทำให้เกิดรอยไหม้เมื่อโดนผิวหนัง เมื่อมีปริมาณ 25 ส่วนในล้านส่วนมันจะสามารถทำร้ายดวงตา ทางเดินหายใจ ปอดรวมถึงตับและไตด้วย ถ้ามีปริมาณ 100 ส่วนในล้านส่วนจะทำให้ตาและจมูกของมนุษย์ได้รับความเสียหายอย่างหนัก
เชิงอรรถ
แก้รายการอ้างอิง
แก้- ↑ "Standard Atomic Weights: Fluorine". CIAAW. 2021.
- ↑ Jaccaud et al. 2000, p. 381.
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 Haynes, William M., บ.ก. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). CRC Press. p. 4.121. ISBN 1439855110.
- ↑ 4.0 4.1 Aigueperse et al. 2005, "Fluorine", p. 2.
- ↑ 5.0 5.1 5.2 Compressed Gas Association (1999). Handbook of compressed gases. Springer. p. 365. ISBN 9780412782305.
- ↑ Himmel, D.; Riedel, S. (2007). "After 20 Years, Theoretical Evidence That 'AuF7' Is Actually AuF5·F2". Inorganic Chemistry. 46 (13). 5338–5342. doi:10.1021/ic700431s.
- ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 Aigueperse et al. 2005, "Fluorine", p. 1.
- ↑ Dean 1999, p. 4.35.
- ↑ Kim, Sung-Hoon (2006). Functional dyes. Elsevier. p. 257. ISBN 9780444521767.
- ↑ 10.0 10.1 10.2 Young, David A. (1975). Phase Diagrams of the Elements (Report). Springer. p. 10. สืบค้นเมื่อ 10 June 2011.
- ↑ Yaws & Braker 2001, p. 385.
- ↑ Mackay, Mackay & Henderson 2002, p. 72.
- ↑ Cheng, H.; Fowler, D. E.; Henderson, P. B.; Hobbs, J. P.; Pascaloni, M. R. (1999). "On the magnetic susceptibility of fluorine". Journal of Physical Chemistry A. 103 (15): 2861–2866. doi:10.1021/jp9844720.
- ↑ 14.0 14.1 14.2 Dean 1999, p. 4.6.
- ↑ Chiste, V. (2006). "F-18" (PDF). Table de radionucleides. Laboratoire National Henri Becquerel. สืบค้นเมื่อ 15 June 2011.
{{cite web}}
: ไม่รู้จักพารามิเตอร์|coauthors=
ถูกละเว้น แนะนำ (|author=
) (help) - ↑ Jaccaud et al. 2005, p. 1.
- ↑ Cordero et al. 2008 .
- ↑ Pyykkö & Atsumi 2009 .
- ↑ Dean 1999, p. 564.
- ↑ Lide 2004, pp. 10.137–10.138.
- ↑ Moore, Stanitski & Jurs 2010, p. 156 .
- ↑ 22.0 22.1 Jaccaud et al. 2005, p. 2.
- ↑ Burdon, Emson & Edwards 1987 .
- ↑ 24.0 24.1 Dean 1999, p. 523.
- ↑ 25.0 25.1 Barrett, Meyer & Wasserman 1967 .
- ↑ Nelson 1947 .
- ↑ 27.0 27.1 อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ
<ref>
ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อCrosswell
- ↑ Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium; Donald Clayton; pages 101-104
- ↑ Jaccaud et al. 2005, p. 4.
- ↑ 30.0 30.1 30.2 30.3 Greenwood & Earnshaw 1998, p. 795.
- ↑ Villalba, Ayres & Schroder 2008 .
- ↑ Kelly 2005 .
- ↑ Lusty et al. 2008 .
- ↑ อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ
<ref>
ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อKGS fluorite terminology
- ↑ Gribble 2002 .
- ↑ Pauling 1960, pp. 454–464 .
- ↑ Atkins & Jones 2007, pp. 184–185 .
- ↑ Emsley 1981 .
- ↑ Wiberg, Wiberg & Holleman 2001, p. 425.
- ↑ Clark, Jim (2002). "The acidity of the hydrogen halides". สืบค้นเมื่อ 4 September 2011.
- ↑ Chambers & Holliday 1975, pp. 328–329 .
- ↑ TMH 2010, p. 15.22 .