FLUOR: SEJARAH, PROPERTI, STRUKTUR, PEROLEHAN, RISIKO, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The fluor adalah unsur kimia dengan simbol F dan 17 lead kelompok, untuk yang termasuk halogen. Ini dibedakan di atas unsur-unsur lain dalam tabel periodik, karena paling reaktif dan elektronegatif; Bereaksi dengan hampir semua atom, sehingga membentuk garam dan senyawa organofluorinasi dalam jumlah tak terbatas.

Dalam kondisi normal itu adalah gas kuning pucat, yang bisa disamakan dengan hijau kekuningan. Dalam keadaan cair, yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, warna kuningnya semakin meningkat, yang menghilang sepenuhnya saat mengeras pada titik bekunya.

Fluor cair dalam tabung reaksi. Sumber: Fulvio314

Begitulah reaktivitasnya, terlepas dari sifat gasnya yang mudah menguap, sehingga ia tetap terperangkap di kerak bumi; terutama dalam bentuk mineral fluorit yang dikenal dengan kristal violet nya. Juga, reaktivitasnya membuatnya menjadi zat yang berpotensi berbahaya; ia bereaksi keras terhadap segala sesuatu yang disentuhnya dan terbakar menjadi api.

Namun, banyak dari produk sampingannya bisa jadi tidak berbahaya dan bahkan bermanfaat, bergantung pada aplikasinya. Misalnya, penggunaan fluorida yang paling populer, ditambahkan dalam bentuk ionik atau mineralnya (seperti garam fluorida), adalah dalam pembuatan pasta gigi berfluorida, yang membantu melindungi enamel gigi.

Fluor memiliki kekhasan yang dapat menstabilkan bilangan tinggi atau bilangan oksidasi untuk banyak unsur lainnya. Semakin tinggi jumlah atom fluor, semakin reaktif senyawa tersebut (kecuali jika itu adalah polimer). Demikian juga, efeknya dengan matriks molekuler akan meningkat; baik atau buruk.

Sejarah

Penggunaan fluorit

Pada tahun 1530, ahli mineralogi Jerman Georgius Agricola menemukan bahwa mineral fluorspar dapat digunakan dalam pemurnian logam. Fluorspar adalah nama lain dari fluorit, mineral fluor yang terdiri dari kalsium fluorida (CaF ₂ ).

Unsur fluor belum ditemukan saat itu dan "fluoir" dalam fluorit berasal dari kata Latin "fluere" yang berarti "mengalir"; karena, inilah tepatnya yang fluorspar atau fluorit lakukan dengan logam: membantu mereka meninggalkan sampel.

Pembuatan asam fluorida

Pada tahun 1764, Andreas Sigismud Margraff berhasil membuat asam fluorida, memanaskan fluorit dengan asam sulfat. Retort kaca dilebur oleh aksi asam, sehingga kaca digantikan oleh logam.

Ini juga dikaitkan dengan Carl Scheele pada tahun 1771, pembuatan asam dengan metode yang sama diikuti oleh Margraff. Pada tahun 1809, ilmuwan Prancis Andre-Marie Ampere mengusulkan bahwa fluoric atau asam hidrofluorat adalah senyawa yang terdiri dari hidrogen dan unsur baru yang mirip dengan klor.

Ilmuwan mencoba mengisolasi fluorida dengan menggunakan asam fluorida untuk waktu yang lama; tetapi bahayanya membuat kemajuan dalam pengertian ini menjadi sulit.

Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac dan Jacques Thénard mengalami nyeri hebat saat menghirup hidrogen fluorida (asam hidrofluorat tanpa air dan dalam bentuk gas). Ilmuwan Paulin Louyet dan Jerome Nickles meninggal karena keracunan dalam keadaan serupa.

Edmond Frémy, seorang peneliti Prancis, mencoba membuat asam hidrofluorat kering untuk menghindari toksisitas hidrogen fluorida dengan mengasamkan kalium bifluorida (KHF ₂ ), tetapi selama elektrolisis tidak ada konduksi arus listrik.

Isolasi

Pada tahun 1860, ahli kimia Inggris George Gore berusaha untuk mengeringkan asam hidrofluorat dengan elektrolisis dan berhasil mengisolasi sejumlah kecil gas fluor. Namun, ledakan terjadi saat hidrogen dan fluor bergabung kembali dengan hebat. Gore menghubungkan ledakan itu dengan kebocoran oksigen.

Pada tahun 1886, ahli kimia Perancis Henri Moisson berhasil mengisolasi fluor untuk pertama kalinya. Sebelumnya, pekerjaan Moisson terputus empat kali oleh keracunan hidrogen fluorida yang parah saat mencoba mengisolasi unsur tersebut.

Moisson adalah murid Frémy dan mengandalkan eksperimennya untuk mengisolasi fluor. Moisson menggunakan campuran kalium fluorida dan asam fluorida dalam elektrolisis. Solusi yang dihasilkan mengalirkan listrik dan gas fluor yang dikumpulkan di anoda; yaitu, pada elektroda bermuatan positif.

Moisson menggunakan peralatan tahan korosi, di mana elektroda dibuat dari paduan platina dan iridium. Dalam elektrolisis ia menggunakan wadah platina dan mendinginkan larutan elektrolit hingga suhu -23ºF (-31ºC).

Akhirnya, pada 26 Juni 1886, Henri Moissson berhasil mengisolasi fluor, sebuah karya yang memungkinkannya memenangkan Hadiah Nobel pada 1906.

Ketertarikan pada fluorida

Minat pada penelitian fluorida hilang untuk sementara waktu. Namun, perkembangan Proyek Manhattan untuk produksi bom atom, membuatnya mundur.

Perusahaan Amerika Dupont mengembangkan, antara tahun 1930 dan 1940, produk berfluorinasi seperti chlorofluorocarbons (Freon-12), yang digunakan sebagai zat pendingin; dan plastik polytetrafluoroethylene atau lebih dikenal dengan nama Teflon. Ini menghasilkan peningkatan produksi dan konsumsi fluor.

Pada tahun 1986, pada sebuah konferensi untuk menandai satu abad isolasi fluor, ahli kimia Amerika Karl O. Christe mempresentasikan metode kimia untuk pembuatan fluor melalui reaksi antara K ₂ MnF ₆ dan SbF ₅ .

Sifat fisik dan kimia

Penampilan

Fluor adalah gas kuning pucat. Dalam keadaan cair warnanya kuning cerah. Sedangkan padatannya bisa buram (alfa) atau transparan (beta).

Nomor atom (Z)

9.

Berat atom

18.998 u.

Titik lebur

-219,67 ° C.

Titik didih

-188,11 ° C.

Massa jenis

Pada suhu kamar: 1.696 g / L.

Pada titik leleh (cair): 1,505 g / mL.

Panas penguapan

6,51 kJ / mol.

Kapasitas kalori molar

31 J / (mol K).

Tekanan uap

Pada temperatur 58 K memiliki tekanan uap sebesar 986,92 atm.

Konduktivitas termal

0,0277 W / (m K)

Urutan magnetis

Diamagnetik

Bau

Karakteristik bau menyengat dan menyengat, dapat dideteksi bahkan pada 20 ppb.

Bilangan oksidasi

-1, yang sesuai dengan anion fluorida, F ^- .

Energi ionisasi

-Pertama: 1.681 kJ / mol

-Kedua: 3.374 kJ / mol

-Ketiga: 6,147 KJ / mol

Elektronegativitas

3.98 pada skala Pauling.

Ini adalah unsur kimia dengan elektronegativitas tertinggi; artinya, ia memiliki afinitas yang tinggi terhadap elektron-elektron dari atom yang terikat dengannya. Karena itu, atom fluor menghasilkan momen dipol yang besar di daerah tertentu dari sebuah molekul.

Keelektronegatifannya juga memiliki efek lain: atom-atom yang terikat padanya kehilangan begitu banyak kerapatan elektron sehingga mereka mulai memperoleh muatan positif; ini adalah bilangan oksidasi positif. Semakin banyak atom fluor dalam suatu senyawa, atom pusat akan memiliki bilangan oksidasi yang lebih positif.

Misalnya, dalam OF ₂ oksigen memiliki bilangan oksidasi +2 (O ²⁺ F ₂ ^- ); dalam UF ₆ , uranium memiliki bilangan oksidasi +6 (U ⁶⁺ F ₆ ^- ); hal yang sama terjadi dengan belerang di SF ₆ (S ⁶⁺ F ₆ ^- ); dan terakhir ada AgF ₂ , di mana perak bahkan memiliki bilangan oksidasi +2, jarang terjadi.

Oleh karena itu, unsur-unsur tersebut berhasil berpartisipasi dengan bilangan oksidasi paling positif ketika mereka membentuk senyawa dengan fluor.

Agen pengoksidasi

Fluor adalah unsur pengoksidasi yang paling kuat, jadi tidak ada zat yang mampu mengoksidasi; dan untuk alasan ini, ini tidak bersifat gratis.

Reaktivitas

Fluor mampu bergabung dengan semua elemen lain kecuali helium, neon, dan argon. Itu juga tidak menyerang baja ringan atau tembaga pada suhu normal. Bereaksi hebat dengan bahan organik seperti karet, kayu, dan kain.

Fluor dapat bereaksi dengan gas mulia xenon membentuk oksidan kuat xenon difluorida, XeF ₂ . Ia juga bereaksi dengan hidrogen membentuk halida, hidrogen fluorida, HF. Selanjutnya, hidrogen fluorida larut dalam air menghasilkan asam fluorida yang terkenal (sebagai kaca).

Keasaman asam asam, yang diklasifikasikan dalam urutan meningkat adalah:

HF <HCl <HBr <HI

Asam nitrat bereaksi dengan fluor membentuk fluor nitrat, FNO ₃ . Sedangkan asam klorida bereaksi kuat dengan fluor membentuk HF, OF ₂ dan ClF ₃ .

Struktur dan konfigurasi elektronik

Molekul diatomik

Molekul fluor direpresentasikan dengan model pengisian spasial. Sumber: Gabriel Bolívar.

Atom fluor dalam keadaan dasarnya memiliki tujuh elektron valensi, yang berada di orbital 2s dan 2p menurut konfigurasi elektronik:

2s ² 2p ⁵

Teori ikatan valensi (TEV) menyatakan bahwa dua atom fluor, F, terikat secara kovalen untuk melengkapi oktet valensinya.

Ini terjadi dengan cepat karena hanya dibutuhkan satu elektron untuk menjadi isoelektronik pada gas mulia neon; dan atom-atomnya sangat kecil, dengan muatan inti efektif yang sangat kuat yang dengan mudah menuntut elektron dari lingkungan.

Molekul F ₂ (gambar atas), memiliki ikatan kovalen tunggal, FF. Meskipun kestabilannya dibandingkan dengan atom F bebas, ia merupakan molekul yang sangat reaktif; homonuklir, apolar, dan bersemangat untuk elektron. Itulah mengapa fluor, seperti F ₂ , adalah spesies yang sangat beracun dan berbahaya.

Karena F ₂ adalah apolar, interaksinya bergantung pada massa molekul dan gaya hamburan London. Pada titik tertentu, awan elektronik di sekitar kedua atom F harus berubah bentuk dan menimbulkan dipol sesaat yang menginduksi atom lain dalam molekul tetangga; sehingga mereka menarik satu sama lain secara perlahan dan lemah.

Cair dan padat

Molekul F ₂ sangat kecil dan berdifusi di ruang angkasa dengan relatif cepat. Dalam fase gasnya, ia menunjukkan warna kuning pucat (yang bisa disalahartikan sebagai hijau limau). Ketika suhu turun menjadi -188 ° C, gaya dispersi menjadi lebih efektif, menyebabkan molekul F ₂ cukup bergabung untuk membentuk cairan.

Fluor cair (gambar pertama) terlihat lebih kuning daripada gasnya masing-masing. Di dalamnya, molekul F ₂ lebih dekat dan berinteraksi dengan cahaya ke tingkat yang lebih tinggi. Menariknya, setelah kristal fluor kubik terdistorsi terbentuk pada -220 ° C, warnanya memudar dan tetap menjadi padatan transparan.

Sekarang molekul F ₂ begitu berdekatan (tetapi tanpa berhenti rotasi molekulnya), tampaknya elektron mereka mendapatkan beberapa stabilitas dan, oleh karena itu, lompatan elektronik mereka terlalu besar untuk cahaya bahkan untuk berinteraksi dengan kristal.

Fase kristal

Kristal kubik ini sesuai dengan fase β (ini bukan alotrop karena F ₂ tetap sama ). Ketika suhu turun lebih jauh, hingga -228 ºC, fluor padat mengalami transisi fase; kristal kubik menjadi kristal monoklinik, fase α:

Struktur kristal fase alfa fluor. Sumber: Benjah-bmm27.

Tidak seperti β-F ₂ , α-F ₂ buram dan keras. Mungkin karena molekul F ₂ tidak lagi memiliki kebebasan untuk berputar pada posisi tetapnya dalam kristal monoklinik; di mana mereka berinteraksi ke tingkat yang lebih tinggi dengan cahaya, tetapi tanpa menarik elektron mereka (yang secara dangkal menjelaskan keburaman mereka).

Struktur kristal α-F ₂ sulit dipelajari dengan metode difraksi sinar-X konvensional karena transisi dari fasa β ke fasa α sangat eksotermik; alasan mengapa kristal itu meledak secara praktis, pada saat yang sama ia berinteraksi sedikit dengan radiasi.

Butuh waktu sekitar lima puluh tahun sebelum ilmuwan Jerman (Florian Kraus et al.) Menguraikan sepenuhnya struktur α-F ₂ dengan ketelitian yang lebih tinggi berkat teknik difraksi neutron.

Di mana menemukan dan memperoleh

Fluor menempati urutan ke-24 di antara unsur-unsur paling umum di alam semesta. Namun massa di bumi adalah unsur 13 ^vo , dengan konsentrasi 950 ppm di kerak bumi, dan konsentrasi 1,3 ppm di air laut.

Tanah memiliki konsentrasi fluorida antara 150 dan 400 ppm, dan di beberapa tanah konsentrasinya bisa mencapai 1.000 ppm. Di udara atmosfir itu hadir dalam konsentrasi 0,6 ppb; tetapi hingga 50 ppb telah tercatat di beberapa kota.

Fluor diperoleh terutama dari tiga mineral: fluorit atau fluorospar (CaF ₂ ), fluoroapatit dan kriolit (Na ₃ AlF ₆ ).

Pemrosesan Fluorit

Setelah mengumpulkan batuan dengan mineral fluorit, batuan tersebut akan dihancurkan secara primer dan sekunder. Dengan penghancuran sekunder, fragmen batuan yang sangat kecil diperoleh.

Fragmen batuan kemudian dibawa ke ball mill untuk direduksi menjadi bubuk. Air dan reagen ditambahkan untuk membentuk pasta, yang ditempatkan di tangki pengapungan. Udara disuntikkan di bawah tekanan untuk membentuk gelembung, dan dengan demikian fluor akhirnya mengapung di permukaan air.

Silikat dan karbonat mengendap sementara fluorit dikumpulkan dan dibawa ke oven pengering.

Setelah fluorit diperoleh, ia direaksikan dengan asam sulfat untuk menghasilkan hidrogen fluorida:

CaF ₂ + H ₂ SO ₄ => 2 HF + CaSO ₄

Elektrolisis hidrogen fluorida

Dalam produksi fluor, metode yang digunakan oleh Moisson pada tahun 1886 diikuti, dengan beberapa modifikasi.

Elektrolisis dibuat dari campuran kalium fluorida cair dan asam hidrofluorat, dengan rasio molar 1: 2,0 hingga 1: 2,2. Suhu garam cair adalah 70-130 ° C.

Katoda terdiri dari paduan monel atau baja, dan anoda adalah karbon degraphite. Proses produksi fluor selama elektrolisis dapat diuraikan sebagai berikut:

2HF => H ₂ + F ₂

Air digunakan untuk mendinginkan ruang elektrolisis, tetapi suhu harus di atas titik leleh elektrolit untuk menghindari pemadatan. Hidrogen yang dihasilkan melalui elektrolisis dikumpulkan di katoda, sedangkan fluor di anoda.

Isotop

Fluor memiliki 18 isotop, dengan ¹⁹ F menjadi satu-satunya isotop stabil dengan kelimpahan 100%. The ¹⁸ F memiliki setengah kehidupan 109,77 menit dan isotop radioaktif dari fluor dengan panjang setengah - hidup. The ¹⁸ F digunakan sebagai sumber positron.

Peran biologis

Tidak ada aktivitas metabolisme fluor yang diketahui pada mamalia atau tumbuhan tingkat tinggi. Namun, beberapa tumbuhan dan spons laut mensintesis monofluoroacetate, senyawa beracun, yang mereka gunakan sebagai perlindungan untuk mencegah kerusakannya.

Resiko

Konsumsi fluoride yang berlebihan telah dikaitkan dengan fluorosis tulang pada orang dewasa dan fluorosis gigi pada anak-anak, serta dengan perubahan fungsi ginjal. Untuk alasan ini, Layanan Kesehatan Masyarakat Amerika Serikat (PHS) menyarankan bahwa konsentrasi fluorida dalam air minum tidak boleh lebih dari 0,7 mg / L.

Sementara itu, The Us Enviromental Protection Agency (EPA) menetapkan bahwa konsentrasi fluorida dalam air minum tidak boleh lebih dari 4mg / L, untuk menghindari fluorosis tulang, di mana fluorida menumpuk di tulang. Hal ini dapat menyebabkan tulang melemah dan patah.

Fluorida telah dikaitkan dengan kerusakan pada kelenjar paratiroid, dengan penurunan kalsium dalam struktur tulang dan konsentrasi tinggi kalsium dalam plasma.

Di antara perubahan yang disebabkan kelebihan fluorida adalah sebagai berikut: fluorosis gigi, fluorosis tulang, dan kerusakan kelenjar paratiroid.

Fluorosis gigi

Fluorosis gigi terjadi dengan guratan atau bintik kecil di email gigi. Anak di bawah usia 6 tahun sebaiknya tidak menggunakan obat kumur yang mengandung fluoride.

Fluorosis rangka

Pada fluorosis rangka, nyeri dan kerusakan tulang, serta persendian, dapat didiagnosis. Tulang dapat mengeras dan kehilangan elastisitas, sehingga meningkatkan risiko patah tulang.

Aplikasi

Pasta gigi

Beberapa garam anorganik fluorida digunakan sebagai aditif dalam formulasi pasta gigi, yang telah terbukti membantu melindungi enamel gigi. Sumber: Pxhere.

Kita mulai dengan bagian tentang penggunaan fluorida dengan yang paling terkenal: yang berfungsi sebagai komponen dari banyak pasta gigi. Ini bukan satu-satunya penggunaan di mana kontras antara molekulnya yang sangat beracun dan berbahaya F ₂ dan anion F ^- dapat dihargai , yang bergantung pada lingkungannya dapat bermanfaat (meskipun terkadang tidak).

Saat kita makan makanan, terutama yang manis-manis, bakteri memecahnya dengan meningkatkan keasaman air liur kita. Kemudian ada titik di mana pH cukup asam untuk menurunkan dan menghilangkan mineralisasi email gigi; hidroksiapatit rusak.

Namun, dalam proses ini ion F ^- berinteraksi dengan Ca ²⁺ untuk membentuk matriks fluorapatit; lebih stabil dan tahan lama dibandingkan hidroksiapatit. Atau setidaknya, inilah mekanisme yang diusulkan untuk menjelaskan kerja anion fluoride pada gigi. Ini cenderung lebih kompleks dan memiliki keseimbangan hidroksiapatit-fluorapatit yang bergantung pada pH.

F ini ^- anion tersedia dalam gigi gigi dalam bentuk garam; seperti: NaF, SnF ₂ (stannous fluoride yang terkenal) dan NaPOF. Namun konsentrasi F ^- harus rendah (kurang dari 0,2%), karena selain itu menyebabkan efek negatif pada tubuh.

Fluoridasi air

Sama seperti pasta gigi, garam fluorida telah ditambahkan ke sumber air minum untuk memerangi gigi berlubang pada mereka yang meminumnya. Konsentrasi masih harus jauh lebih rendah (0,7 ppm). Namun, praktik ini sering kali menjadi subjek ketidakpercayaan dan kontroversi, karena telah dikaitkan dengan kemungkinan efek karsinogenik.

Agen pengoksidasi

Gas F ₂ berperilaku sebagai zat pengoksidasi yang sangat kuat. Hal ini menyebabkan banyak senyawa terbakar lebih cepat daripada saat terpapar oksigen dan sumber panas. Itulah mengapa ia telah digunakan dalam campuran bahan bakar roket, yang bahkan dapat menggantikan ozon.

Polimer

Dalam banyak kegunaan, kontribusi fluor bukan karena F ₂ atau F ^- , tetapi langsung ke atom elektronegatifnya sebagai bagian dari senyawa organik. Intinya, kita berbicara tentang tautan CF.

Tergantung pada strukturnya, polimer atau serat dengan ikatan CF biasanya bersifat hidrofobik, sehingga tidak basah atau menahan serangan asam fluorida; Atau lebih baik lagi, mereka bisa menjadi isolator listrik yang sangat baik, dan bahan yang berguna untuk membuat benda-benda seperti pipa dan gasket. Teflon dan naphion adalah contoh polimer berfluorinasi ini.

Apoteker

Reaktivitas fluor membuat penggunaannya untuk sintesis beberapa senyawa fluor anorganik atau organik dipertanyakan. Dalam organik, khususnya yang memiliki efek farmakologis, mengganti salah satu heteroatomnya dengan atom F meningkatkan (secara positif atau negatif) aksinya pada target biologisnya.

Itulah mengapa dalam industri farmasi modifikasi beberapa obat selalu dibahas dengan menambahkan atom fluor.

Sangat mirip terjadi dengan herbisida dan fungisida. Fluorida di dalamnya dapat meningkatkan aksi dan efektivitasnya pada serangga dan hama jamur.

Ukiran kaca

Asam hidrofluorat, karena sifat agresifnya terhadap kaca dan keramik, telah digunakan untuk mengukir potongan tipis dan halus dari bahan ini; biasanya ditujukan untuk pembuatan mikrokomponen komputer, atau untuk bohlam listrik.

Pengayaan uranium

Salah satu kegunaan paling relevan dari fluor unsur adalah untuk membantu memperkaya uranium sebagai ²³⁵ U. Untuk ini, mineral uranium dilarutkan dalam asam fluorida, menghasilkan UF ₄ . Fluorida anorganik ini kemudian bereaksi dengan F ₂ , sehingga berubah menjadi UF ₆ ( ²³⁵ UF ₆ dan ²³⁸ UF ₆ ).

Selanjutnya, dan dengan cara sentrifugasi gas, ²³⁵ UF ₆ dipisahkan dari ²³⁸ UF ₆ untuk kemudian dioksidasi dan disimpan sebagai bahan bakar nuklir.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Krämer Katrina. (2019). Struktur fluor beku ditinjau kembali setelah 50 tahun. Royal Society of Chemistry. Diperoleh dari: chemistryworld.com
3. Wikipedia. (2019). Fluor. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Fluor. Database PubChem. CID = 24524. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Fluor. Chemicool. Diperoleh dari: chemicool.com
6. Batul Nafisa Baxamusa. (21 Februari 2018). Penggunaan yang Umum dari Fluor Sangat Reaktif. Diperoleh dari: sciencestruck.com
7. Paola Opazo Sáez. (04 Februari 2019). Fluorida dalam pasta gigi: baik atau buruk bagi kesehatan Anda? Diperoleh dari: nacionfarma.com
8. Karl Christe & Stefan Schneider. (08 Mei 2019). Fluor: unsur kimia. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
9. Lenntech BV (2019). Tabel periodik: oksigen. Diperoleh dari: lenntech.com
10. Gagnon Steve. (sf). Unsur fluor. Jefferson Lab. Diperoleh dari: education.jlab.org
11. Tim konten medis dan editorial American Cancer Society. (2015, 28 Juli). Fluoridasi air dan risiko kanker. Diperoleh dari: cancer.org