Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
Polecenie 1

Z jakimi związkami reaguje fluor i jakie są produkty wybranych procesów? Zapoznaj się z grafiką interaktywną, a następnie wykonaj ćwiczenia sprawdzające.

Z jakimi związkami reaguje fluor i jakie są produkty wybranych procesów? Zapoznaj się z opisem grafiki interaktywnej, a następnie wykonaj ćwiczenia sprawdzające.

R140uQIh236lh1
Ilustracja przedstawia wymienione przykładowe związki fluoru. Należą do nich pochodne tlenu, krzemu, siarki i związki międzyhalogenowe. Związki fluoru: 1. Fluorowodór HF - ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki fluorowodoru - dwie kulki - jedna szara i jedna zielona znajdują się w bliskiej odległości od siebie i są zlepione. Fluor reaguje z wodorem już w niskich temp. z wytworzeniem fluorowodoru – bezbarwnej cieczy dymiącej na powietrzu, o ostrym, duszącym zapachu. H2(g)  + F2(g)   2 HF(c) Fluorowodór można otrzymać również w reakcji fluoru z wodą: 2 H2O(c) + 2 F2(g)   4 HF(c) + O2(g) 2. Fluorek siarki(VI) - ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki - w centrum znajduje się żółta kulka, otaczają ją kulki zielone, których jest sześć i są z nią zlepione. Fluor reaguje z siarką już w niskich temp. z wytworzeniem fluorku siarki(VI). S(s) + 3 F2(g)   SF6(g) 3. Difluorek ditlenu, ilustracja przedstawia dwie zlepione czerwone kulki. Do każdej z nich przyłączona jest jedna kulka zielona. Stopień utlenienia tlenu we fluorku: +1. Fluor reaguje z tlenem podczas wyładowań atmosferycznych z wytworzeniem difluorku ditlenu.O2(g)  + F2(g)   O2F2(g) Difluorek ditlenu może rozkładać się do difluorku tlenu i tlenu: 2 O2F2  2 OF2 +O2 4. Difluorek tlenu. Ilustracja przedstawia model kulkowy. Dwie zielone kulki między którymi znajduje się kulka zielona. Kulki są ze sobą zlepione. Stopień utlenienia tlenu we fluorku: +2 (O+IIF-I2)

Fluorowodór, w reakcji z rozcieńczonymi zasadami, prowadzi do otrzymania difluorku tlenu.2 KOH(s) + 2 F2(g)   OF2(g) + 2 KF(s) + H2O(c) 5. Tetrafluorek krzemu. Ilustracja przedstawia model kulkowy. Cztery zielone kulki są zlepione z szarą i znajdują się w równych odległościach od pozostałych. Cząsteczkowy fluor reaguje z tlenkiem krzemu, wydzielając tetrafluorek krzemu.SiO2 + 2 F2(g)   SiF4(g) + O2(g) 6. Związki między halogenowe. Ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki. W centrum znajduje się zielona kulka, wokół niej znajdują się przyczepione trzy żółte kulki. Fluor w podwyższonych temperaturach tworzy związki międzyhalogenowe o ogólnym wzorze AXn, gdzie n = 1, 3, 5, 7.np. Cl2(g)  + F2(g)   2 ClF(g)
Br2(g)  + 3 F2(g)   2 BrF3(g).
Grafika interaktywna pt. Związki fluoru
Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie: Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2013; Sharma K. D., Inorganic Chemistry Book, Third Edition, USA 2015., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Doświadczenie

Polecenie 2

Zaprojektuj doświadczenie chemiczne w celu zbadania aktywności chemicznej fluoru w kierunku glinu. Na podstawie problemu badawczego postaw hipotezę. Opisz przewidywane obserwacje, a następnie napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej. Z podanych obserwacji wyciągnij wniosek, a następnie porównaj swoją odpowiedź z tą podaną.

RMm1okOtws9kq
Problem badawczy: Czy fluor reaguje z glinem?. Hipoteza: (Uzupełnij).
RhtI2BWeZXmG0
Ilustracja interaktywna przedstawia zlewkę przykrytą szkiełkiem zegarkowym z jasnożółtym gazem wewnątrz, obok stoi buteleczka ze sproszkowanym glinem. Po prawej stronie znajduje się pionowa kreska a za nią zlewka przykryta szkiełkiem zegarkowym, a wewnątrz fioletowy gaz. 1. Potrzebny sprzęt i odczynniki
  • zlewka;
  • szalka Petriego;
  • łyżeczka;
  • gazowy fluor (żółtozielony gaz);
  • sproszkowany glin.
, 2. Instrukcja wykonania doświadczenia
  • zlewkę wypełniamy gazowym fluorem i przykrywamy ją szalką Petriego;
  • za pomocą łyżeczki pobieramy niewielką ilość sproszkowanego glinu;
  • glin dodajemy do zlewki z gazowym fluorem, zlewkę przykrywamy ponownie szalką Petriego;
  • obserwujemy doświadczenie.
, 3. Obserwacje Zapoznaj się z grafiką, a następnie na jej podstawie zanotuj obserwacje.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R1F6RcxG9Hzmi
Obserwacje: (Uzupełnij). Równanie reakcji chemicznej z uwzględnieniem bilansu jonowo-elektronowego: Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu. Wnioski: (Uzupełnij).
RmeVzIieOZly4
Obserwacje: (Uzupełnij). Równanie reakcji chemicznej z uwzględnieniem bilansu jonowo-elektronowego: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).
R7ijfe2cqF7yz
Ćwiczenie 1
Przyporządkuj stopnie utlenienia wybranych pierwiastków chemicznych. Ogólny stopień utlenienia tlenu w związkach chemicznych posiada wartość 1. +1, 2. +2, 3. −2. Jednakże wyjątki stanowią fluorki tlenu, gdzie
  • dla OF2 wartość stopnia utlenienia to 1. +1, 2. +2, 3. −2,
  • dla O2F2 wartość stopnia utlenienia to 1. +1, 2. +2, 3. −2
  • RndHv59CrNDri
    Ćwiczenie 2
    Cl2(g) + F2(g) → 1. 2ClF3(g), 2. 2 ClF(g)
    Cl2(g)+3F2(g)1. 2ClF3(g), 2. 2 ClF(g)
    Ćwiczenie 3

    Napisz równania reakcji chemicznych pomiędzy fluorem a metalami, takimi jak sód i cez. Uzupełnij współczynniki reakcji, a gdzie to konieczne, dokonaj bilansu jonowo‑elektronowo.

    R3gxyYSs0jfRx
    Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
    R11KfqA8YOCAR
    (Uzupełnij).
    Dla zainteresowanych

    Jakie znasz przemysłowe wykorzystanie fluoru i jego związków? Zapoznaj się z grafiką interaktywną i dowiedz się więcej na ten temat.

    RfnoqnV9VpLjt1
    Ilustracja przedstawia schemat dotyczący przemysłowego wykorzystania związków fluoru. Składa się z kolorowych ramek, połączonych ze sobą. Kolory ramek mają następujące znaczenie: niebieska użycie związków nieorganicznych, pomarańczowa użycie związków fluoroorganicznych, czerwona użycie gazowego fluoru. Schemat rozpoczyna się od niebieskiej ramki z hasłem fluoryt, od tej ramki wyprowadzone są trzy strzałki, podpisane zawartością procentową: 49% HF, 47% wytop metali, 4% produkcja szkła, od HF 6 strzałek: 42% związki fluoroorganiczne , 33% kriolit, 16% wytrawienie stali, 5% kwas heksafluorokrzemowy, 2% katalizator petrochemiczny, 2% gazowy fluor. Do kwasu heksafluorokrzemowego poprowadzono strzałkę od fluoroapatytu, nad strzałką 1%, od fluoroapatytu odchodzi jeszcze strzałka 99% do odpady (fosfogips). Od związków fluoroorganicznych 3 strzałki: 55% HFC, 42% HCFC, 3% CFC. Od HCFC jedna strzałka 40% do teflon i inne fluoropolimery. Od kriolitu 95% i kwasu heksakrzemowego 5% do fluorowania wody. Od gazowego fluoru: 47% wzbogacanie uranu, 40% fluorek siarki(VI), 13% WF6, ReF6, NF3, fluorki halogenków, niszowe związki fluororganiczne. Opisano: 1. Fluoryt. Na ilustracji znajdują się niebieskie kryształy fluorytu o kształcie sześcianów. Skład chemiczny: Fluorek wapnia, C a F 2 . Fluoryt jest związkiem chemicznym o ogromnym zastosowaniu – od przemysłu szklarskiego, przez przemysł ceramiczny, chemiczny, optyczny, do jubilerstwa., 2. Fluorowodór Wzór sumaryczny: HF Zastosowanie fluorowodoru jest także szerokie – od użycia go jako czynnika fluorującego w chemii organicznej, przez udział w przeróbce ropy naftowej, w wytrawianiu znaków i napisów na szkle, do użycia go w oczyszczaniu kwarcu oraz w wyrobie heksafluorku uranu U F 6 , używanego do wzbogacania uranu., 3. Kriolit Ilustracja przedstawia biały minerał. Wzór sumaryczny: N a 3 A l F 6 Nazwa: heksafluoroglinian trisodu. Związek ten stosowany jest jako topnik do obniżenia temperatury w procesie elektrolitycznej produkcji aluminium. Konwersja tlenku glinu do metalicznego aluminium wymaga rozpuszczenia jonów metali, aby mogły one przyjąć elektrony, które znajdują się w ogniwie elektrolitycznym. Jako rozpuszczalnika używa się mieszaninę kriolitu i odrobinę fluorku glinu. Do topienia wymagane są temperatury zbliżające się do 1000°C., 4. Kwas heksafluorokrzemowy, ilustracja przedstawia ciemnozieloną kulkę, do której przyłączono sześć jasnozielonych. Wiązania ukazano w postaci grubych kresek. Obok znajdują się dwie cząsteczki w postaci kulek czerwonych, do których dołączone są trzy kulki białe. Wzór sumaryczny: H 2 S i F 6 Większość kwasu heksafluorokrzemowego jest przekształcana w fluorek glinu i kriolit, czyli w kluczowe minerały dla przetwarzania rudy aluminium w aluminium. Przekształcenie kwasu heksafluorokrzemowego w trifluorek glinu zachodzi zgodnie ze schematem: H 2 S i F 6 + A l 2 O 3 2 A l F 3 + S i O 2 + H 2 O . Kwas heksafluorokrzemowy jest także przekształcany w szereg użytecznych soli heksafluorokrzemianowych. Przykładowo: sól potasowa jest stosowana do produkcji porcelany, sól magnezowa do utwardzania betonów i jako środek owadobójczy, a sole baru do produkcji luminoforów., 5. Fluoroapatyt. Ilustracja przedstawia bladoróżowe kuliste kryształy. Skład chemiczny: C a 5 P O 4 3 F Fluorapatyt jest naturalnym zanieczyszczeniem apatytu C a 5 P O 4 3 ( F , C l , O H ) ., 6. Wytapianie. Ilustracja przedstawia mężczyznę znajdującego się w fabryce, w tle znajduje się ogień palący się w piecach. Forma metalurgii wydobywczej, polegająca na wydzielaniu wielu metali z ich rud, w tym srebra, żelaza, miedzi i innych metali nieszlachetnych. Do tego procesu wymagana jest wysoka temperatura i chemiczny czynnik redukujący, rozkładający rudę., 7. Ilustracja przedstawia proces wytapiania i formowania szklanych butelek. Fluoryt jest wykorzystywany bezpośrednio w produkcji szkła, ceramiki i spawaniu., 8. Fosfogips. Fosfogips (fosforogips) jest produktem ubocznym wytwarzania kwasu fosforowego(V) z fosforytów, za pomocą ekstrakcji kwasem siarkowym(VI): C a 5 P O 4 3 F + 5 H 2 S O 4 + 10 H 2 O 3 H 3 P O 4 + 5 C a S O 4 2 H 2 O + H F 9. Związki fluoroorganiczne. Ilustracja przedstawia złożoną strukturę, w której występują zielone, białe, szare i czerwone kule. Chemia fluoroorganicznych pochodnych opisuje chemię związków organicznych, które zawierają wiązanie węgiel-fluor. Związki fluoroorganiczne posiadają szereg zastosowań, rozpoczynając od repelentów olejów i wody, jako czynniki chłodnicze i odczynniki stosowane w katalizie, a kończąc na farmaceutykach., 10. Wytrawianie. Wytrawianie polega na obróbce metalowej powierzchni, która ma na celu usunięcie zanieczyszczeń (plam, zanieczyszczeń nieorganicznych, rdzy lub zgorzelin z metali żelaznych, miedzi, metali szlachetnych i stopów aluminium). Do ich usuwania używa się roztworu zwanego ługiem zalewowym (kwas). Stale węglowe – o zawartości stopu ≥6% są wytrawiane za pomocą kwasów: chlorowodorowego lub siarkowego(VI); o zawartości stopu >6% są trawione w dwóch etapach, a kwasami stosowanymi są: kwasy fosforowy(V), azotowy(V) i fluorowodorowy. Stale chromowo-niklowe są trawione w kąpieli z kwasami fluorowodorowym i azotowym(V)., 11. Katalizator petrochemiczny W petrochemii, geologii ropy naftowej i chemii organicznej kraking jest procesem, w którym złożone cząsteczki organiczne, takie jak kerogeny (substancje woskowe) lub węglowodory o długich łańcuchach, są rozkładane na prostsze cząsteczki (lekkie węglowodory), przez zrywanie wiązań węgiel-węgiel w prekursorach. Szybkość krakowania i produkty końcowe są silnie zależne od temperatury i obecności katalizatorów., 12. HFC. Wodorofluorowęglowodory (HFC) są związkami organicznymi, które zawierają atomy fluoru i wodoru oraz są najczęstszym rodzajem związków fluoroorganicznych. Większość nich występuje w formie gazowej w temperaturze pokojowej. Związki fluoropochodne są często stosowane w klimatyzacji jako czynniki chłodnicze. R-134a był jednym z najczęściej stosowanych czynników chłodniczych, zamiast starszych chlorofluorowęglowodorów (np. R-12) i wodorochlorofluorowęglowodorów (np. R-21). Fluoropochodne nie niszczą warstwy ozonowej tak bardzo, jak zastępowane przez nie związki chemiczne, ale przyczyniają się do globalnego ocieplenia z tysiąckrotnie większym potencjałem niż tlenek węgla(IV)., 13. CFC i HCFC. Chlorofluorowęglowodory (CFC) i wodorochlorofluorowęglowodory (HCFC) należą do klasy węglowodorów parafinowych, całkowicie lub częściowo fluorowcowanych, w skład których wchodzą węgiel (C), wodór (H), chlor (Cl) i fluor (F). Są lotnymi pochodnymi metanu, etanu i propanu. Wiele CFC znalazło zastosowanie jako czynniki chłodnicze, propelenty (w zastosowaniach aerozolowych) i rozpuszczalniki. Ponieważ CFC przyczyniają się do zubożenia warstwy ozonowej w górnej atmosferze, produkcja takich związków została zaprzestana., 14. Poli(tetrafluoroeten) (teflon). Skład chemiczny: C 2 F 4 Na ilustracji jest wzór strukturalny: C F 2 C F 2 n . Politetrafluoroetylen (PTFE) to syntetyczny fluoropolimer tetrafluoroetylenu, który ma wiele zastosowań. Głównym wykorzystaniem PTFE, pochłaniającym ok. 50% produkcji, jest izolacja przewodów, a także w przemyśle lotniczym i komputerowym, ze względu na jego doskonałe właściwości dielektryczne. Używany jest również do wytwarzania naczyń kuchennych., 15. Fluoryzacja wody. Ilustracja przedstawia kran, z którego płynie woda do szklanki. Fluoryzacja wody to dozowana ilość fluoru do publicznego zaopatrzenia w wodę, w celu obniżenia próchnicy. Stosowanie produktów bogatych we fluor powoduje wzrost stężenia fluoru w ślinie, co wpływa na obniżenie tempa demineralizacji szkliwa zębów i zwiększenie jego remineralizacji we wczesnych stadiach ubytków., 16. Wzbogacenie rudy uranu. Ilustracja przedstawia szary krążek. We wzbogaconym uranie, procentowy udział 235 U został zwiększony poprzez proces rozdziału izotopów. Dyfuzja gazowa jest technologią stosowaną do wytwarzania wzbogaconego uranu, poprzez przetłaczanie gazowego heksafluorku uranu przez półprzepuszczalne membrany, czego efektem jest oddzielenie cząsteczek, które zawierają takie izotopy uranu jak: 235 U i 238 U ., 17. Fluorek siarki(VI). Ilustracja przedstawia model fluorku siarki(VI). Do żółtej kulki przyłączonych jest sześć jasnozielonych. Zielone znajdują się w równych odległościach od siebie, a wiązania mają formę pojedynczych linii. Wzór sumaryczny: S F 6 Dominującym zastosowaniem fluorku siarki(VI) jest wykorzystanie go w przemyśle elektrycznym, jako gazowy ośrodek dielektryczny. Inne zastosowania obejmują użycie go jako gazu obojętnego do odlewania magnezu oraz jako wypełnienie izolowanych szyb., 18. Fluorek wolframu(VI). Wzór sumaryczny: W F 6 Dominującym zastosowaniem fluorku wolframu(VI) jest przemysł półprzewodników, gdzie jest szeroko stosowany do osadzania metalu wolframu w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej.
    Grafika interaktywna pt. Przemysłowe wykorzystanie związków fluoru
    Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie: Gara V., Ayres R. U., Schroder H., Accounting for Fluorine: Production, Use, and Loss, „Journal of Industrial Ecology” 2008, 11, s. 85–101; grafika została opracowana na podstawie grafiki dostępnej pod adresem: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/The_fluorine_economy-pl.svg Autor: Lispir and Michał Sobkowski; Licencja: domena publiczna;, licencja: CC BY-SA 3.0.