Bài 34. Flo

I - TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN. ĐIỀU CHẾ

1. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, nguyên tố flo chỉ có ở dạng hợp chất. Hợp chất của flo có trong men răng của người và động vật, trong lá của một số loài cây. Phần lớn flo tập trung trong hai khoáng vật là  florit(CaF₂)  và criolit(Na₃AlF₆hayAlF₃.3NaF).

2. Điều chế

Vì flo có tính oxi hóa mạnh nhất nên phương pháp duy nhất để điều chế flo là dùng dòng điện để oxi hóa ion  F⁻  trong florua nóng chảy (phương pháp điện phân). Trong công nghiệp, người ta điện phân hỗn hợp  KF+2HF  (nhiệt độ nóng chảy  70^oC). Bình điện phân có cực âm làm bằng thép đặc biệt hay đồng và cực dương bằng than chì. Khí hiđro thoát ra ở cực âm và  khí flo thoát ra ở cực dương.

II - TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG

1. Tính chất

Ở điều kiện thường, flo là chất khí màu lục nhạt, rất độc.

Chúng ta đã biết, nguyên tố flo có độ âm điện lớn nhất. Vì vậy, flo là phi kim mạnh nhất.

Flo oxi hóa được tất cả các kim loại kể cả vàng và platin. Nó cũng tác dụng trực tiếp với hầu hết phi kim, trừ oxi và nitơ.

Phản ứng của flo với hiđro nổ mạnh ngay ở nhiệt độ rất thấp  (−252^oC) . Đó là phản ứng tỏa nhiệt mạnh:

H₂(k)+F₂(k)→2HF(k);ΔH=−288,6kJ

Flo cũng tác dụng mạnh với rất nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ. Ngay cả nước, khi đun nóng sẽ bốc cháy trong flo, giải phóng oxi. Như vậy, flo oxi hóa được oxi từ số oxi hóa  −2  lên  0:

2F₂ + 2H₂O → 4HF +O₂

2. Ứng dụng

Flo được dùng làm chất oxi hóa cho nhiên liệu lỏng dùng trong tên lửa. Ứng dụng chủ yếu của flo là dưới dạng các dẫn xuất. Từ flo điều chế một số dẫn xuất hiđrocacbon có những tính chất độc đáo, thí dụ  teflon  là một chất dẻo chứa flo chịu được tác dụng của axit, kiềm và các hóa chất khác. Freon  (chủ yếu là  CFCl₃  và  CF₂Cl₂)   được dùng trong các tủ lạnh và máy lạnh. Khi được thải ra khí quyển, freon phá hủy tầng ozon gây hai cho môi trường. Vì vậy chúng đang được thay thế dần bằng các chất khác.

Dung dịch  NaF  loãng được dùng làm thuốc chống sâu răng.

Flo còn được dùng trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu hạt nhân để làm giàu  ²³⁵U.

III - MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA FLO

1. Hiđro florua và axit flohiđric

Vì phản ứng của flo với hiđro quá mãnh liệt nên phương pháp duy nhất để điều chế hiđro florua là cho canxi florua tác dụng với axit sunfuric đặc ở  250^oC:

CaF₂+H₂SO₄→CaSO₄+2HF

Hiđro florua có nhiệt độ sôi  (+19,5^oC)  cao hơn hẳn nhiệt độ sôi của hiđro clorua  (−84,9^oC). Hiđro clorua tan vô hạn trong nước tạo ra dung dịch axit flohiđric. Khác với axit clohiđric, axit flohiđric là axit yếu.

Tính chất đặc biệt của axit flohiđric là tác dụng với silic đioxit (có trong thành phần của thủy tinh).

SiO₂+4HF→SiF₄+2H₂O

              Silic tetraflorua

Vì vậy, người ta đựng axit flohiđric trong các chai lọ bằng chất dẻo. Axit flohiđric được dùng để khắc chữ nổi lên thủy tinh.

Muối của axit flohiđric là  florua.AgF  dễ tan trong nước (khác với  AgCl,AgBr,AgI). Các muối florua đều độc.

2. Hợp chất của flo với oxi

Vì độ âm điện của flo lớn hơn oxi nên trong hợp chất   OF₂, flo có số oxi hóa  −1  và oxi có số oxi hóa  +2.

Oxi florua  (OF₂)  được điều chế bằng cách cho flo qua dung dịch  NaOH loãng  (khoảng  2%)  và lạnh:

2F₂+2NaOH→2NaF+H₂O+OF₂

OF₂  là chất khí không màu, có mùi đặc biệt, rất độc. là chất oxi hóa mạnh,  OF2  tác dụng với hầu hết các kim loại và phi kim tạo thành oxit và florua.