Происхождение и появление фтора - Origin and occurrence of fluorine

Фтор относительно редко встречается в Вселенная по сравнению с другими элементы поблизости атомный вес. На земной шар, фтор в основном содержится только в минеральная соединения из-за его реакционной способности. Основной коммерческий источник, флюорит, является обычным минералом.

Во вселенной

Изобилие в солнечной системе[1]
Атомный
номер		ЭлементОтносительный
количество
6Углерод4,800
7Азот1,500
8Кислород8,800
9Фтор1
10Неон1,400
11Натрий24
12Магний430

При уровне 400 частей на миллиард фтор считается 24-м наиболее распространенным элементом во Вселенной. Это сравнительно редко для легких элементов (элементы чаще встречаются, чем они легче). Все элементы от атомного номера 6 (углерод) до атомного номера 14 (кремний) в сотни или тысячи раз более распространены, чем фтор, за исключением 11 (натрий). Один научный писатель описал фтор как «лачугу среди особняков» с точки зрения изобилия.[2] Фтор настолько редок, потому что он не является продуктом обычных процессов ядерного синтеза в звездах. И любой созданный фтор в звездах быстро удаляется за счет сильного термоядерная реакция реакции - либо с водородом с образованием кислорода и гелия, либо с гелием с образованием неона и водорода.[2][3] Присутствие фтора вообще - за пределами временного существования в звездах - является в некоторой степени загадкой из-за необходимости избежать этих разрушающих фтор реакций.[2][4]

Существуют три теоретических решения загадки: сверхновые типа II, атомы неона могут быть поражены нейтрино во время взрыва и превращается во фтор. В Звезды Вольфа-Райе (синие звезды более чем в 40 раз тяжелее Солнца), сильный солнечный ветер может унести фтор из звезды раньше, чем водород или гелий разрушат ее. Наконец, в асимптотическая ветвь гигантов (тип красных гигантов) звезды, реакции синтеза протекают импульсами и конвекция мог вывести фтор из внутренней звезды. Только гипотеза красного гиганта имеет подтверждающие данные наблюдений.[2][4]

В космосе фтор обычно соединяется с водородом с образованием фтороводорода. (Это соединение было предложено в качестве индикатора, позволяющего отслеживать резервуары водорода во Вселенной.)[5] Помимо HF, одноатомный фтор обнаружен в межзвездная среда.[6][7] Фтор катионы были замечены в планетарных туманностях и звездах, включая наше Солнце.[8]

На земле

Смотрите также: Список стран по производству флюорита

Фтор тринадцатый по распространенности элемент в земной коре, составляющий от 600 до 700промилле корочки по массе. Из-за своей реакционной способности он по существу встречается только в соединениях.

Коммерческие источники

Существуют три минерала, которые являются промышленно значимыми источниками фтора: флюорит, фторапатит, и криолит.[9][10]

Основные фторсодержащие минералы
розовая шаровидная масса с кристаллическими гранямиДлинный призматический кристалл без блеска, выходящий под углом из агрегатной породыКонтур в форме параллелограмма с двухатомными молекулами, заполняющими пространство (соединенные круги), расположенными в два слоя.
ФлюоритФторапатитКриолит

Флюорит

Флюорит (CaF2), также называемый плавиковым шпатом, является основным источником коммерческого фтора. Флюорит - красочный минерал, связанный с гидротермальными месторождениями. Это распространено и встречается во всем мире. Китай обеспечивает более половины мирового спроса, а Мексика является вторым по величине производителем в мире.

Соединенные Штаты производили большую часть флюорита в мире в начале 20 века, но их последний рудник в Иллинойсе был закрыт в 1995 году. Канада также прекратила производство в 1990-х годах. Соединенное Королевство сокращает добычу флюорита и является нетто-импортером с 1980-х годов.[10][11][12][13][14]

Фторапатит

Фторапатит (Ca5(PO4)3F) добывается вместе с другими апатиты для своего фосфат содержание и используется в основном для производства удобрений. Большая часть земного фтора связана с этим минералом, но поскольку процентное содержание в минерале невелико (3,5%), фтор выбрасывается как отходы. Только в Соединенных Штатах наблюдается значительное восстановление. Там гексафторсиликаты производимые как побочные продукты используются для фторирования воды.[10]

Криолит

Криолит (Na3AlF6) является наименее распространенным из трех основных фторсодержащих минералов, но является концентрированным источником фтора. Ранее он использовался непосредственно в производстве алюминия. Однако основная коммерческая шахта на западном побережье Гренландии закрылась в 1987 году.[10]

Незначительные вхождения

Несколько других минералов, таких как драгоценный камень топаз, содержат фтор. В морской воде или рассолах фторид не имеет существенного значения, в отличие от других галогениды, потому что фториды щелочноземельных металлов осаждаются из воды.[10] При извержении вулканов и в геотермальных источниках наблюдались коммерчески незначительные количества фторорганических соединений. Их окончательное происхождение (из биологических источников или геологического образования) неясно.[15]

Возможность наличия небольших количеств газообразного фтора в кристаллах обсуждалась в течение многих лет. Одна форма флюорита, антозонит, при раздавливании имеет запах, напоминающий запах фтора. Минерал также имеет темно-черный цвет, возможно, из-за свободного кальция (не связанного с фторидом). В 2012 году в исследовании сообщалось об обнаружении следовых количеств (0,04% по весу) двухатомного фтора в антозоните. Было высказано предположение, что излучение небольших количеств уран внутри кристаллов вызвал свободный фтор дефекты.[16]

Цитаты

  1. ^ Кэмерон, А. Г. У. (1973). «Изобилие элементов в Солнечной системе» (PDF). Обзоры космической науки. 15 (1): 121–146. Bibcode:1973ССРв ... 15..121С. Дои:10.1007 / BF00172440. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-10-21.
  2. ^ а б c d Кросвелл, Кен (2003). «Фтор: стихия - загадка». Небо и телескоп. Получено 3 мая 2011.
  3. ^ Справочник изотопов в космосе: от водорода до галлия; Дональд Клейтон; страницы 101-104
  4. ^ а б Renda, A .; Fenner, Y .; Гибсон, Б.К .; Каракас, А.И .; и другие. (2004). «О происхождении фтора в Млечном Пути» (PDF). Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 354 (2): 575–580. arXiv:Astro-ph / 0410580. Bibcode:2004МНРАС.354..575Р. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2004.08215.x.
  5. ^ Нойфельд, Дэвид; Бергин, Эдвин; Герин, Мэривонн (2010). «Поиск скрытых резервуаров газа в Млечном Пути». Европейское космическое агентство.
  6. ^ Сноу, Т. П., младший; Йорк, Д. Г. (1981). «Обнаружение межзвездного фтора на линии прямой видимости в направлении Дельты Скорпиона». Астрофизический журнал. 247: L39. Bibcode:1981ApJ ... 247L..39S. Дои:10.1086/183585.
  7. ^ Сноу, Теодор, П .; Дестри, Джошуа Д.; Дженсен, Адам Г. (2007). «Обилие межзвездного фтора и его последствия». Астрофизический журнал. 655 (1): 285–298. arXiv:Astro-ph / 0611066. Bibcode:2007ApJ ... 655..285S. Дои:10.1086/510187.
  8. ^ Zhang, Y .; Лю, X.-W. (2005). «Содержание фтора в планетарных туманностях». Астрофизический журнал. 631 (1): L61 – L63. arXiv:Astro-ph / 0508339. Bibcode:2005ApJ ... 631L..61Z. Дои:10.1086/497113.
  9. ^ Jaccaud et al. 2005 г., п. 4.
  10. ^ а б c d е Гринвуд и Эрншоу 1998, п. 795.
  11. ^ Вильяльба, Гара; Эйрес, Роберт У .; Шредер, Ганс (2008). «Учет фтора: производство, использование, потери». Журнал промышленной экологии. 11: 85–101. Дои:10.1162 / jiec.2007.1075.
  12. ^ Келли, Т. «Историческая статистика плавикового шпата» (PDF). Геологическая служба США. Получено 25 января 2012.
  13. ^ Lusty, P.A.J .; Brown, T.J .; Уорд, Дж; Блумфельд, С. (2008). «Необходимость местного производства плавикового шпата в Англии». Британская геологическая служба. Получено 25 января 2012.
  14. ^ Норвуд, Чарльз Дж .; Фос, Юлиус Ф. (1907). «Плавиковый шпат и его возникновение». Бюллетень геологической разведки Кентукки 9: Месторождения плавикового шпата Кентукки. Глобус полиграфическая компания. п. 52.
  15. ^ Гриббл, Гордон В. (2002). «Встречающиеся в природе фторорганические соединения». Фторорганические соединения. Справочник по химии окружающей среды. 3N. С. 121–136. Дои:10.1007/10721878_5. ISBN  3-540-42064-9.
  16. ^ Шмедт, Йорн; Мангст, Мартин; Краус, Флориан (2012). "Элементарес Флуор Ф"2 in der Natur - In-situ-Nachweis und Quantifizierung durch NMR-Spektroskopie ". Angewandte Chemie (на немецком). 124 (31): 7968–7971. Дои:10.1002 / ange.201203515.

Проиндексированные ссылки

  • Greenwood, N. N .; Эрншоу, А. (1998). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт Хайнеманн. ISBN  0-7506-3365-4.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Ульманн, Франц, изд. (2005). Энциклопедия промышленной химии. Wiley-VCH. ISBN  978-3-527-30673-2.
    • Жако, Майкл; Фарон, Роберт; Девилье, Дидье; Романо, Рене (2000). "Фтор". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Дои:10.1002 / 14356007.a11_293. ISBN  3527306730.