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No debe confundirse con fluoreno , fluoruro , fluorona , o fluoruro de hidrógeno .
Flúor,  9 F
Pequeña muestra de flúor líquido amarillo pálido condensado en nitrógeno líquido
Flúor
Pronunciación
AlótroposAlfa Beta
Aparienciagas: amarillo muy pálido
líquido: amarillo brillante
sólido: alfa es opaco, beta es transparente
Peso atómico estándar A r, estándar (F) 18,998 403 163 (6) [1]
Flúor en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
-
↑
F
↓
Cl
oxígeno ← flúor → neón
Número atómico ( Z )9
Grupogrupo 17 (halógenos)
Períodoperíodo 2
Cuadra  bloque p
Configuración electronica[ Él ] 2s 2 2p 5 [2]
Electrones por capa2, 7
Propiedades físicas
Fase en  STPgas
Punto de fusion(F 2 ) 53,48  K (−219,67 ° C, −363,41 ° F) [3]
Punto de ebullición(F 2 ) 85,03 K (−188,11 ° C, −306,60 ° F) [3]
Densidad (en STP)1,696 g / L [4]
cuando líquido (en  bp )1,505 g / cm 3 [5]
Triple punto53,48 K, 90 kPa [3]
Punto crítico144,41 K, 5,1724 MPa [3]
Calor de vaporización6,51 kJ / mol [4]
Capacidad calorífica molarC p : 31 J / (mol · K) [5] (a 21,1 ° C)
C v : 23 J / (mol · K) [5] (a 21,1 ° C)
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)384450586985
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−1 (oxida el oxígeno)
ElectronegatividadEscala de Pauling: 3,98 [2]
Energías de ionización
  • 1 °: 1681 kJ / mol
  • 2do: 3374 kJ / mol
  • Tercero: 6147 kJ / mol
  • ( más ) [6]
Radio covalente64  p . M. [7]
Radio de Van der Waals135 p. M. [8]
Líneas espectrales de flúor
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinacúbico
Conductividad térmica0,02591 W / (m · K) [9]
Orden magnéticodiamagnético (−1,2 × 10 −4 ) [10] [11]
Número CAS7782-41-4 [2]
Historia
Nombrarpor el mineral fluorita , que a su vez lleva el nombre del latín fluo (fluir, en fundición)
DescubrimientoAndré-Marie Ampère (1810)
Primer aislamientoHenri Moissan [2] (26 de junio de 1886)
Nombrado porHumphry Davy
Isótopos principales del flúor [12]
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
18 Frastro109,8 minβ + (97%)18 O
ε (3%)18 O
19 F100%estable
Categoría Categoría: Flúor
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El flúor es un elemento químico con el símbolo F y número atómico 9. Es el halógeno más ligero y existe en condiciones estándar como un gas diatómico amarillo pálido altamente tóxico . Como elemento más electronegativo , es extremadamente reactivo, ya que reacciona con todos los demás elementos, excepto el argón , el neón y el helio .

Entre los elementos, el flúor ocupa el puesto 24 en abundancia universal y el 13 en abundancia terrestre . La fluorita , la principal fuente mineral de flúor que dio nombre al elemento, se describió por primera vez en 1529; como se agregó a los minerales metálicos para reducir sus puntos de fusión para la fundición , el verbo latino fluo que significa "fluir" le dio al mineral su nombre. Propuesto como elemento en 1810, el flúor resultó difícil y peligroso de separar de sus compuestos, y varios de los primeros experimentadores murieron o sufrieron heridas en sus intentos. Solo en 1886 el químico francés Henri Moissan aisló el flúor elemental mediante electrólisis a baja temperatura., un proceso todavía empleado para la producción moderna. La producción industrial de gas fluorado para el enriquecimiento de uranio , su mayor aplicación, comenzó durante el Proyecto Manhattan en la Segunda Guerra Mundial .

Debido al costo de refinar el flúor puro, la mayoría de las aplicaciones comerciales utilizan compuestos de flúor, y aproximadamente la mitad de la fluorita extraída se utiliza en la fabricación de acero . El resto de la fluorita se convierte en fluoruro de hidrógeno corrosivo en ruta a varios fluoruros orgánicos, o en criolita , que juega un papel clave en el refinado del aluminio . Las moléculas que contienen un enlace carbono-flúor a menudo tienen una estabilidad química y térmica muy alta; sus principales usos son como refrigerantes , aislamiento eléctrico y utensilios de cocina, el último como PTFE (teflón). Los productos farmacéuticos como la atorvastatina y la fluoxetina contienen enlaces C-F. losEl ion fluoruro de las sales de fluoruro disueltas inhibe las caries dentales, por lo que se utiliza en la fluoración de la pasta de dientes y el agua . Global fluoroquımico importe de las ventas de más de US $ 15 mil millones años.

Los gases fluorocarbonados son generalmente gases de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global de 100 a 23,500 veces mayor que el del dióxido de carbono , teniendo el SF 6 el potencial de calentamiento global más alto de cualquier sustancia conocida. Los compuestos organofluorados a menudo persisten en el medio ambiente debido a la fuerza del enlace carbono-flúor . El flúor no tiene ningún papel metabólico conocido en los mamíferos; Algunas plantas y esponjas marinas sintetizan venenos organofluorados (con mayor frecuencia monofluoroacetatos ) que ayudan a disuadir la depredación. [13]

Características [ editar ]

Configuración electrónica [ editar ]

Los átomos de flúor tienen nueve electrones, uno menos que el neón , y configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 5 : dos electrones en una capa interna llena y siete en una capa externa que requieren que se llene uno más. Los electrones externos son ineficaces en el blindaje nuclear y experimentan una alta carga nuclear efectiva de 9 - 2 = 7; esto afecta las propiedades físicas del átomo. [2]

La primera energía de ionización del flúor es la tercera más alta entre todos los elementos, detrás del helio y el neón, [14] lo que complica la eliminación de electrones de los átomos neutros de flúor. También tiene una alta afinidad electrónica , superada solo por el cloro , [15] y tiende a capturar un electrón para volverse isoelectrónico con el gas noble neón; [2] tiene la electronegatividad más alta de cualquier elemento. [16] Los átomos de flúor tienen un pequeño radio covalente de alrededor de 60  picómetros , similar a los de sus vecinos del período , el oxígeno y el neón. [17][18] [nota 1]

Reactividad [ editar ]

Artículo principal: Características químicas del flúor.
Video externo
icono de video Llamas brillantes durante las reacciones del flúor
icono de videoEl flúor reacciona con el cesio.
Molécula 3d de flúor

La energía de enlace del difluorino es mucho menor que la del Cl
2o Br
2y similar al enlace peróxido que se escinde fácilmente ; esto, junto con la alta electronegatividad, explica la fácil disociación del flúor, la alta reactividad y los fuertes enlaces con átomos que no son flúor. [19] [20] Por el contrario, los enlaces a otros átomos son muy fuertes debido a la alta electronegatividad del flúor. Las sustancias no reactivas como el acero en polvo, los fragmentos de vidrio y las fibras de asbesto reaccionan rápidamente con el gas flúor frío; la madera y el agua se queman espontáneamente bajo un chorro de flúor. [4] [21]

Las reacciones del flúor elemental con metales requieren condiciones variables. Los metales alcalinos provocan explosiones y los metales alcalinotérreos muestran una actividad vigorosa a granel; para evitar la pasivación por la formación de capas de fluoruro metálico, la mayoría de los otros metales como el aluminio y el hierro deben pulverizarse, [19] y los metales nobles requieren gas flúor puro a 300–450 ° C (575–850 ° F). [22] Algunos no metales sólidos (azufre, fósforo) reaccionan vigorosamente en flúor líquido. [23] El sulfuro de hidrógeno [23] y el dióxido de azufre [24] se combinan fácilmente con el flúor, este último a veces de forma explosiva; ácido sulfúricoexhibe mucha menos actividad, requiriendo temperaturas elevadas. [25]

El hidrógeno , como algunos de los metales alcalinos, reacciona explosivamente con el flúor. [26] El carbono , como negro de lámpara , reacciona a temperatura ambiente para producir fluorometano . El grafito se combina con flúor por encima de 400 ° C (750 ° F) para producir monofluoruro de carbono no estequiométrico ; las temperaturas más altas generan fluorocarbonos gaseosos , a veces con explosiones. [27] El dióxido de carbono y el monóxido de carbono reaccionan a temperatura ambiente o justo por encima de ella, [28] mientras que las parafinas y otras sustancias químicas orgánicas generan reacciones fuertes: [29] incluso los haloalcanos completamente sustituidos comoEl tetracloruro de carbono , normalmente incombustible, puede explotar. [30] Aunque el trifluoruro de nitrógeno es estable, el nitrógeno requiere una descarga eléctrica a temperaturas elevadas para que ocurra la reacción con el flúor, debido al triple enlace muy fuerte en el nitrógeno elemental; [31] El amoniaco puede reaccionar explosivamente. [32] [33] El oxígeno no se combina con el flúor en condiciones ambientales, pero se puede hacer reaccionar mediante descarga eléctrica a bajas temperaturas y presiones; los productos tienden a desintegrarse en sus elementos constituyentes cuando se calientan. [34] [35] [36] Halógenos más pesados [37]reacciona fácilmente con el flúor al igual que el gas noble radón ; [38] de los otros gases nobles, solo el xenón y el criptón reaccionan, y solo en condiciones especiales. [39]

Fases [ editar ]

Estructura cristalina de β-flúor. Las esferas indican F
2moléculas que pueden asumir cualquier ángulo. Otras moléculas están limitadas a planos.
Artículo principal: Fases del flúor
Animación que muestra la estructura cristalina del beta-flúor. Las moléculas en las caras de la celda unitaria tienen rotaciones restringidas a un plano.

A temperatura ambiente, el flúor es un gas de moléculas diatómicas , [4] amarillo pálido cuando es puro (a veces descrito como amarillo verdoso). [40] Tiene un olor acre y penetrante similar al halógeno característico detectable a 20  ppb . [41] El flúor se condensa en un líquido amarillo brillante a -188 ° C (-306 ° F), una temperatura de transición similar a las del oxígeno y el nitrógeno. [42]

El flúor tiene dos formas sólidas, α- y β-flúor. Este último cristaliza a -220 ° C (-364 ° F) y es transparente y suave, con la misma estructura cúbica desordenada del oxígeno sólido recién cristalizado, [42] [nota 2] a diferencia de los sistemas ortorrómbicos de otros halógenos sólidos. [46] [47] Un enfriamiento adicional a -228 ° C (-378 ° F) induce una transición de fase a α-flúor opaco y duro, que tiene una estructura monoclínica con capas densas de moléculas en ángulo. La transición de β- a α-flúor es más exotérmica que la condensación del flúor y puede ser violenta. [46] [47] [nota 3]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de flúor

Solo un isótopo de flúor se encuentra naturalmente en abundancia, el isótopo estable19
F . [48] Tiene una alta proporción magnetogyric [nota 4] y una sensibilidad excepcional a los campos magnéticos; debido a que también es el único isótopo estable , se utiliza en la formación de imágenes por resonancia magnética . [50] Se han sintetizado diecisiete radioisótopos con números de masa de 14 a 31, de los cuales18F es el más estable con una vida media de 109,77 minutos. Otros radioisótopos tienen vidas medias inferiores a 70 segundos; la mayoría decae en menos de medio segundo. [51] Los isótopos17
F y18
F sufren desintegración β + y captura de electrones , los isótopos más ligeros se desintegran por emisión de protones y los más pesados ​​que19
F se someten β - desintegración (los más pesados con retardada emisión de neutrones ). [51] [52] Se conocen dos isómeros metaestables de flúor,18m
F , con una vida media de 162 (7) nanosegundos, y26m
F , con una vida media de 2,2 (1) milisegundos. [53]

Ocurrencia [ editar ]

Artículo principal: Origen y ocurrencia del flúor.

Universo [ editar ]

Abundancias del Sistema Solar [54]

Número atómico		Elemento
Cantidad relativa
6Carbón4.800
7Nitrógeno1500
8Oxígeno8.800
9Flúor1
10Neón1.400
11Sodio24
12Magnesio430

Entre los elementos más ligeros, el valor de abundancia del flúor de 400  ppb (partes por mil millones), el 24º entre los elementos del universo, es excepcionalmente bajo: otros elementos, desde el carbono hasta el magnesio, son veinte o más veces más comunes. [55] Esto se debe a que los procesos de nucleosíntesis estelar evitan el flúor, y cualquier átomo de flúor creado de otra manera tiene secciones transversales nucleares altas , lo que permite una mayor fusión con hidrógeno o helio para generar oxígeno o neón, respectivamente. [55] [56]

Más allá de esta existencia transitoria, se han propuesto tres explicaciones para la presencia de flúor: [55] [57]

  • durante las supernovas de tipo II , el bombardeo de átomos de neón por neutrinos podría transmutarlos en flúor;
  • el viento solar de las estrellas Wolf-Rayet podría alejar el flúor de cualquier átomo de hidrógeno o helio; o
  • el flúor se deriva de las corrientes de convección que surgen de la fusión en estrellas asintóticas de ramas gigantes .

Tierra [ editar ]

Ver también: Lista de países por producción de fluorita

El flúor es el decimotercer elemento más común en la corteza terrestre en 600-700 ppm (partes por millón) en masa. [58] Aunque se cree que no ocurre naturalmente, se ha demostrado que el flúor elemental está presente como una oclusión en la antozonita, una variante de la fluorita. [59] La mayor parte del flúor existe como minerales que contienen fluoruro. La fluorita , fluorapatita y criolita son las de mayor importancia industrial. [58] [60] Fluorita, también conocida como espato flúor, ( CaF
2), abundante en todo el mundo, es la principal fuente de flúor y, por tanto, de flúor. China y México son los principales proveedores. [60] [61] [62] [63] [64] La fluorapatita (Ca 5 (PO 4 ) 3 F), que contiene la mayor parte del fluoruro del mundo, es una fuente inadvertida de fluoruro como subproducto de la producción de fertilizantes. [60] Criolita ( Na
3AlF
6), utilizado en la producción de aluminio, es el mineral más rico en flúor. Se han agotado las fuentes naturales económicamente viables de criolita, y la mayoría ahora se sintetiza comercialmente. [60]

  • Fluorita: Masa globular rosa con facetas de cristal.

  • Fluorapatito: Cristal prismático largo, sin brillo, en un ángulo que sale de la roca con forma de agregado.

  • Criolita: un contorno en forma de paralelogramo con moléculas diatómicas dispuestas en dos capas

Otros minerales como el topacio contienen flúor. Los fluoruros, a diferencia de otros haluros, son insolubles y no se encuentran en concentraciones comercialmente favorables en aguas salinas. [60] Se han detectado trazas de organofluorados de origen incierto en erupciones volcánicas y manantiales geotérmicos. [65] La existencia de flúor gaseoso en los cristales, sugerida por el olor de la antozonita triturada , es controvertida; [66] [67] un estudio de 2012 informó la presencia de 0.04% F
2por peso en antozonita, atribuyendo estas inclusiones a la radiación de la presencia de pequeñas cantidades de uranio . [67]

Historia [ editar ]

Ilustración siderúrgica de De re metallica
Artículo principal: Historia del flúor

Descubrimientos tempranos [ editar ]

En 1529, Georgius Agricola describió la fluorita como un aditivo utilizado para reducir el punto de fusión de los metales durante la fundición . [68] [69] [nota 5] Escribió la palabra latina fluorēs ( fluor, fluir) para rocas de fluorita. Más tarde, el nombre evolucionó a fluorita (todavía de uso común) y luego a fluorita . [61] [73] [74] Más tarde se determinó que la composición de la fluorita era difluoruro de calcio . [75]

El ácido fluorhídrico se utilizó en el grabado de vidrio desde 1720 en adelante. [nota 6] Andreas Sigismund Marggraf lo caracterizó por primera vez en 1764 cuando calentó fluorita con ácido sulfúrico y la solución resultante corroyó su recipiente de vidrio. [77] [78] El químico sueco Carl Wilhelm Scheele repitió el experimento en 1771 y nombró al producto ácido fluss-spats-syran (ácido fluorita). [78] [79] En 1810, el físico francés André-Marie Ampère sugirió que el hidrógeno y un elemento análogo al cloro constituían ácido fluorhídrico. [80] También propuso en una carta a Sir Humphry Davyfecha 26 de agosto 1.812 que esta sustancia entonces desconocido puede ser nombrado flúor a partir de ácido fluórico y el ine sufijo de otros halógenos. [81] [82] Esta palabra, a menudo con modificaciones, se utiliza en la mayoría de los idiomas europeos; sin embargo, el griego, el ruso y algunos otros, siguiendo la sugerencia posterior de Ampère, usan el nombre ftor o derivados, del griego φθόριος ( phthorios , destructivo). [83] El nuevo nombre latino fluorum dio al elemento su símbolo actual F ; Fl se utilizó en los primeros trabajos. [84] [nota 7]

Aislamiento [ editar ]

1887 dibujo del aparato de Moissan

Los estudios iniciales sobre el flúor fueron tan peligrosos que varios experimentadores del siglo XIX fueron considerados "mártires del flúor" después de desgracias con el ácido fluorhídrico. [nota 8] El aislamiento del flúor elemental se vio obstaculizado por la extrema corrosividad tanto del flúor elemental como del fluoruro de hidrógeno, así como por la falta de un electrolito simple y adecuado . [75] [85] Edmond Frémy postuló que la electrólisis de fluoruro de hidrógeno puro para generar flúor era factible y diseñó un método para producir muestras anhidras a partir de bifluoruro de potasio acidificado ; en cambio, descubrió que el fluoruro de hidrógeno (seco) resultante no conducía la electricidad. [75][85] [86] El ex alumno de Frémy, Henri Moissan , perseveró, y después de mucho ensayo y error descubrió que una mezcla de bifluoruro de potasio y fluoruro de hidrógeno seco era un conductor que permitía la electrólisis. Para evitar la rápida corrosión del platino en sus celdas electroquímicas , enfrió la reacción a temperaturas extremadamente bajas en un baño especial y forjó celdas a partir de una mezcla más resistente de platino e iridio , y usó tapones de fluorita. [85] [87] En 1886, después de 74 años de esfuerzo por parte de muchos químicos, Moissan aisló flúor elemental. [86] [88]

En 1906, dos meses antes de su muerte, Moissan recibió el Premio Nobel de Química , [89] con la siguiente cita: [85]

[E] n reconocimiento a los grandes servicios prestados por él en su investigación y aislamiento del elemento flúor ... El mundo entero ha admirado la gran habilidad experimental con la que has estudiado a esa bestia salvaje entre los elementos. [nota 9]

Usos posteriores [ editar ]

Una ampolla de hexafluoruro de uranio o hex.

La división Frigidaire de General Motors (GM) experimentó con refrigerantes de clorofluorocarbono a fines de la década de 1920, y Kinetic Chemicals se formó como una empresa conjunta entre GM y DuPont en 1930 con la esperanza de comercializar Freón-12 ( CCl2F2) como uno de esos refrigerantes . Reemplazó compuestos anteriores y más tóxicos, aumentó la demanda de refrigeradores de cocina y se volvió rentable; en 1949, DuPont había comprado Kinetic y comercializado varios otros compuestos de freón . [78] [90] [91] [92] El politetrafluoroetileno (teflón) fue descubierto por casualidad en 1938 por Roy J. Plunkett mientras trabajaba en refrigerantes en Kinetic, y su superlativa resistencia química y térmica le permitió acelerar la comercialización y la producción en masa en 1941 . [78] [90] [91]

La producción a gran escala de flúor elemental comenzó durante la Segunda Guerra Mundial. Alemania utilizó electrólisis de alta temperatura para producir toneladas del trifluoruro de cloro incendiario planeado [93] y el Proyecto Manhattan utilizó grandes cantidades para producir hexafluoruro de uranio para el enriquecimiento de uranio. Desde UF
6es tan corrosivo como el flúor, las plantas de difusión gaseosa requieren materiales especiales: níquel para membranas, fluoropolímeros para sellos y fluorocarbonos líquidos como refrigerantes y lubricantes. Esta floreciente industria nuclear impulsó más tarde el desarrollo de fluoroquímicos de la posguerra. [94]

Compuestos [ editar ]

Artículo principal: compuestos de flúor

El flúor tiene una química rica que abarca dominios orgánicos e inorgánicos. Se combina con metales, no metales, metaloides y la mayoría de los gases nobles, [95] y casi exclusivamente asume un estado de oxidación de -1. [nota 10] La alta afinidad electrónica del flúor da como resultado una preferencia por los enlaces iónicos ; cuando forma enlaces covalentes , estos son polares y casi siempre simples . [98] [99] [nota 11]

Metales [ editar ]

Ver también: volatilidad del fluoruro

Los metales alcalinos forman monofluoruros iónicos y altamente solubles ; estos tienen la disposición cúbica de cloruro de sodio y cloruros análogos. [100] [101] Los difluoruros alcalinotérreos poseen fuertes enlaces iónicos pero son insolubles en agua, [84] con la excepción del difluoruro de berilio , que también exhibe cierto carácter covalente y tiene una estructura similar al cuarzo . [102] Los elementos de tierras raras y muchos otros metales forman principalmente trifluoruros iónicos . [103] [104] [105]

Los enlaces covalentes se destacan por primera vez en los tetrafluoruros : los del circonio , el hafnio [106] [107] y varios actínidos [108] son iónicos con puntos de fusión altos, [109] [nota 12] mientras que los del titanio , [112] vanadio , [113] y el niobio son poliméricos, [114] fundiéndose o descomponiéndose a no más de 350 ° C (660 ° F). [115] Los pentafluoruros continúan esta tendencia con sus polímeros lineales y complejos oligoméricos . [116] [117][118] Se conocentrece hexafluoruros metálicos, [nota 13] todos octaédricos, y en su mayoría son sólidos volátiles, pero para el MoF líquido6y ReF6y WF gaseoso6. [119] [120] [121] El heptafluoruro de renio , el único heptafluoruro metálico caracterizado , es un sólido molecular de bajo punto de fusión con geometría molecular bipiramidal pentagonal . [122] Los fluoruros metálicos con más átomos de flúor son particularmente reactivos. [123]

Progresión estructural de fluoruros metálicos
Fluoruro de sodio , iónicoPentafluoruro de bismuto , poliméricoHeptafluoruro de renio , molecular

Hidrógeno [ editar ]

Artículos principales: fluoruro de hidrógeno y ácido fluorhídrico
Puntos de ebullición de los haluros de hidrógeno y calcogenuros, que muestran los valores inusualmente altos para el fluoruro de hidrógeno y el agua.

El hidrógeno y el flúor se combinan para producir fluoruro de hidrógeno, en el que las moléculas discretas forman grupos por enlaces de hidrógeno, que se asemejan más al agua que al cloruro de hidrógeno . [124] [125] [126] Hierve a una temperatura mucho más alta que los haluros de hidrógeno más pesados ​​y, a diferencia de ellos, es miscible con agua. [127] El fluoruro de hidrógeno se hidrata fácilmente en contacto con el agua para formar fluoruro de hidrógeno acuoso, también conocido como ácido fluorhídrico. A diferencia de los otros ácidos hidrácidos, que son fuertes , el ácido fluorhídrico es un ácido débil a bajas concentraciones. [128] [nota 14] Sin embargo, puede atacar el vidrio, algo que los otros ácidos no pueden hacer.[130]

Otros no metales reactivos [ editar ]

Trifluoruro de cloro , cuyo potencial corrosivo enciende el amianto, el hormigón, la arena y otros retardadores del fuego [131]

Los fluoruros binarios de metaloides y no metales del bloque p son generalmente covalentes y volátiles, con reactividades variables. Los no metales del período 3 y más pesados ​​pueden formar fluoruros hipervalentes . [132]

El trifluoruro de boro es plano y posee un octeto incompleto. Funciona como un ácido de Lewis y se combina con bases de Lewis como el amoníaco para formar aductos . [133] El tetrafluoruro de carbono es tetraédrico e inerte; [nota 15] sus análogos de grupo , silicio y tetrafluoruro de germanio, también son tetraédricos [134] pero se comportan como ácidos de Lewis. [135] [136] Los pnictógenos forman trifluoruros que aumentan en reactividad y basicidad con un peso molecular más alto, aunque el trifluoruro de nitrógeno resiste la hidrólisis y no es básico. [137]Los pentafluoruros de fósforo, arsénico y antimonio son más reactivos que sus respectivos trifluoruros, siendo el pentafluoruro de antimonio el ácido de Lewis neutro más fuerte conocido. [116] [138] [139]

Los calcógenos tienen diversos fluoruros: se han informado difluoruros inestables para el oxígeno (el único compuesto conocido con oxígeno en un estado de oxidación de +2), azufre y selenio; existen tetrafluoruros y hexafluoruros para el azufre, el selenio y el telurio. Estos últimos están estabilizados por más átomos de flúor y átomos centrales más ligeros, por lo que el hexafluoruro de azufre es especialmente inerte. [140] [141] El cloro, el bromo y el yodo pueden formar mono-, tri- y pentafluoruros, pero solo el heptafluoruro de yodo se ha caracterizado entre los posibles heptafluoruros interhalogenéticos . [142]Muchos de ellos son fuentes poderosas de átomos de flúor, y las aplicaciones industriales que utilizan trifluoruro de cloro requieren precauciones similares a las que utilizan flúor. [143] [144]

Gases nobles [ editar ]

Artículo principal: compuesto de gas noble
Estos cristales de tetrafluoruro de xenón fueron fotografiados en 1962. La síntesis del compuesto, al igual que con el hexafluoroplatinato de xenón, sorprendió a muchos químicos. [145]

Los gases nobles , que tienen capas de electrones completas, desafiaron la reacción con otros elementos hasta 1962 cuando Neil Bartlett informó sobre la síntesis de hexafluoroplatinato de xenón ; [146] Desde entonces se han aislado difluoruro de xenón , tetrafluoruro , hexafluoruro y oxifluoruros múltiples. [147] Entre otros gases nobles, el criptón forma un difluoruro , [148] y el radón y el flúor generan un sólido que se sospecha es difluoruro de radón . [149] [150]Los fluoruros binarios de gases nobles más ligeros son excepcionalmente inestables: el argón y el fluoruro de hidrógeno se combinan en condiciones extremas para dar fluorohidruro de argón . [39] El helio y el neón no tienen fluoruros de larga duración, [151] y nunca se ha observado fluoruro de neón; [152] Se ha detectado fluorohidruro de helio durante milisegundos a altas presiones y bajas temperaturas. [151]

Compuestos orgánicos [ editar ]

Capas inmiscibles de agua coloreada (arriba) y perfluoroheptano mucho más denso (abajo) en un vaso de precipitados; un pez de colores y un cangrejo no pueden atravesar el límite; cuartos descansan en la parte inferior.
Artículo principal: Química de los organofluorados
Estructura química de Nafion , un fluoropolímero utilizado en pilas de combustible y muchas otras aplicaciones [153]

El enlace carbono-flúor es el más fuerte de la química orgánica , [154] y da estabilidad a los organofluorados. [155] Es casi inexistente en la naturaleza, pero se utiliza en compuestos artificiales. La investigación en esta área suele estar impulsada por aplicaciones comerciales; [156] los compuestos involucrados son diversos y reflejan la complejidad inherente a la química orgánica. [90]

Moléculas discretas [ editar ]

Artículos principales: Fluorocarbonos y compuestos perfluorados.

La sustitución de átomos de hidrógeno en un alcano por más átomos de flúor progresivamente altera gradualmente varias propiedades: disminuyen los puntos de fusión y ebullición, aumenta la densidad, disminuye la solubilidad en hidrocarburos y aumenta la estabilidad general. Los perfluorocarbonos, [nota 16] en los que todos los átomos de hidrógeno están sustituidos, son insolubles en la mayoría de los disolventes orgánicos y reaccionan en condiciones ambientales únicamente con el sodio del amoniaco líquido. [157]

El término compuesto perfluorado se usa para lo que de otro modo sería un perfluorocarburo si no fuera por la presencia de un grupo funcional , [158] [nota 17] a menudo un ácido carboxílico . Estos compuestos comparten muchas propiedades con los perfluorocarbonos, como la estabilidad y la hidrofobicidad , [160] mientras que el grupo funcional aumenta su reactividad, lo que les permite adherirse a las superficies o actuar como tensioactivos ; [161] Los fluorotensioactivos , en particular, pueden reducir la tensión superficial del agua más que sus análogos a base de hidrocarburos. Fluorotelómeros, que tienen algunos átomos de carbono no fluorados cerca del grupo funcional, también se consideran perfluorados. [160]

Polímeros [ editar ]

Los polímeros exhiben los mismos incrementos de estabilidad proporcionados por la sustitución de flúor (por hidrógeno) en moléculas discretas; sus puntos de fusión generalmente también aumentan. [162] Politetrafluoroetileno (PTFE), el análogo de fluoropolímero y perfluoro más simple del polietileno con unidad estructural - CF
2-, demuestra este cambio como se esperaba, pero su muy alto punto de fusión hace que sea difícil de moldear. [163] Varios derivados de PTFE son menos tolerantes a la temperatura, pero más fácil de moldear: etileno propileno fluorado reemplaza algunos átomos de flúor con trifluorometilo grupos, alcanos perfluoroalcoxi hacen lo mismo con trifluorometoxi grupos, [163] y Nafion contiene cadenas laterales perfluoroéter tapados con ácido sulfónico grupos . [164] [165] Otros fluoropolímeros retienen algunos átomos de hidrógeno; El fluoruro de polivinilideno tiene la mitad de los átomos de flúor de PTFE yEl fluoruro de polivinilo tiene una cuarta parte, pero ambos se comportan de manera muy similar a los polímeros perfluorados. [166]

Producción [ editar ]

El flúor elemental y prácticamente todos los compuestos de flúor se producen a partir de fluoruro de hidrógeno o sus soluciones acuosas, ácido fluorhídrico . El fluoruro de hidrógeno se produce en los hornos mediante la reacción endotérmica de la fluorita (CaF 2 ) con el ácido sulfúrico: [167]

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF (g) + CaSO 4

El HF gaseoso se puede absorber en agua o licuar. [168]

Aproximadamente el 20% del HF fabricado es un subproducto de la producción de fertilizantes, que produce ácido hexafluorosilícico (H 2 SiF 6 ), que puede degradarse para liberar HF térmicamente y por hidrólisis:

H 2 SiF 6 → 2 HF + SiF 4
SiF 4 + 2 H 2 O → 4 HF + SiO 2

Rutas industriales a F 2 [ editar ]

Celdas industriales de flúor en Preston

El método de Moissan se utiliza para producir cantidades industriales de flúor, mediante la electrólisis de una mezcla de fluoruro de potasio / fluoruro de hidrógeno : los iones de hidrógeno y fluoruro se reducen y oxidan en un cátodo de contenedor de acero y un ánodo de bloque de carbono , por debajo de 8-12 voltios, para generar hidrógeno y gas flúor respectivamente. [62] [169] Las temperaturas son elevadas, KF • 2HF se derrite a 70 ° C (158 ° F) y se electroliza a 70–130 ° C (158–266 ° F). El KF, que actúa como catalizador, es esencial ya que el HF puro no se puede electrolizar. [78] [170] [171]El flúor se puede almacenar en cilindros de acero con interiores pasivados, a temperaturas inferiores a 200 ° C (392 ° F); de lo contrario, se puede utilizar níquel. [78] [172] Las válvulas reguladoras y las tuberías están hechas de níquel, este último posiblemente use Monel en su lugar. [173] Se debe realizar una pasivación frecuente, junto con la estricta exclusión de agua y grasas. En el laboratorio, el material de vidrio puede transportar gas flúor a baja presión y en condiciones anhidras; [173] , en cambio, algunas fuentes recomiendan sistemas de níquel-Monel-PTFE. [174]

Rutas de laboratorio [ editar ]

Mientras se preparaba para una conferencia de 1986 para celebrar el centenario del logro de Moissan, Karl O. Christe razonó que la generación química de flúor debería ser factible ya que algunos aniones de fluoruro metálico no tienen contrapartes neutrales estables; su acidificación potencialmente desencadena la oxidación en su lugar. Él ideó un método que genera flúor con alto rendimiento y presión atmosférica: [175]

2 KMnO 4 + 2 KF + 10 HF + 3 H 2 O 2 → 2 K 2 MnF 6 + 8 H 2 O + 3 O 2 ↑
2 K 2 MnF 6 + 4 SbF 5 → 4 KSbF 6 + 2 MnF 3 + F 2 ↑

Christe comentó más tarde que los reactivos "se conocían desde hacía más de 100 años e incluso Moissan podría haber ideado este esquema". [176] Todavía en 2008, algunas referencias aún afirmaban que el flúor era demasiado reactivo para cualquier aislamiento químico. [177]

Aplicaciones industriales [ editar ]

Artículo principal: industria fluoroquímica

La extracción de fluorita, que suministra la mayor parte del flúor mundial, alcanzó su punto máximo en 1989 cuando se extrajeron 5,6 millones de toneladas métricas de mineral. Las restricciones a los clorofluorocarbonos lo redujeron a 3,6 millones de toneladas en 1994; desde entonces, la producción ha ido en aumento. En 2003 se generaron alrededor de 4,5 millones de toneladas de mineral y unos ingresos de 550 millones de dólares EE.UU. informes posteriores estimaron las ventas globales de fluoroquímicos en 2011 en $ 15 mil millones y pronosticaron cifras de producción para 2016-18 de 3.5 a 5.9 millones de toneladas, e ingresos de al menos $ 20 mil millones. [78] [178] [179] [180] [181] Flotación por espumasepara la fluorita extraída en dos grados metalúrgicos principales de igual proporción: 60-85% de metspar puro se utiliza casi en su totalidad en la fundición de hierro, mientras que 97% + ácido espato puro se convierte principalmente en el principal intermedio industrial de fluoruro de hidrógeno. [62] [78] [182]

FluoriteFluorapatiteHydrogen fluorideMetal smeltingGlass productionFluorocarbonsSodium hexafluoroaluminatePickling (metal)Fluorosilicic acidAlkane crackingHydrofluorocarbonHydrochlorofluorocarbonsChlorofluorocarbonTeflonWater fluoridationUranium enrichmentSulfur hexafluorideTungsten hexafluoridePhosphogypsum
Diagrama de la industria fluoroquímica en el que se puede hacer clic según los flujos de masa
SF
6 transformadores en un ferrocarril ruso
Ver también: gas industrial

Cada año se producen al menos 17.000 toneladas métricas de flúor. Cuesta sólo $ 5-8 por kilogramo como uranio o hexafluoruro de azufre, pero muchas veces más como elemento debido a los desafíos de manejo. La mayoría de los procesos que utilizan flúor libre en grandes cantidades emplean generación in situ bajo integración vertical . [183]

La mayor aplicación de flúor gas, que consume hasta 7.000 toneladas métricas al año, está en la preparación de UF
6para el ciclo del combustible nuclear . El flúor se utiliza para fluorar el tetrafluoruro de uranio , que a su vez se forma a partir de dióxido de uranio y ácido fluorhídrico. [183] El flúor es monoisotópico, por lo que cualquier diferencia de masa entre UF
6 moléculas se deben a la presencia de 235
U o238
U , que permite el enriquecimiento de uranio mediante difusión gaseosa o centrifugación de gases . [4] [62] Aproximadamente 6.000 toneladas métricas por año se utilizan para producir el dieléctrico inerte SF
6para transformadores de alto voltaje e interruptores automáticos, eliminando la necesidad de bifenilos policlorados peligrosos asociados con dispositivos llenos de aceite . [184] En la electrónica se utilizan varios compuestos de flúor: hexafluoruro de renio y tungsteno en la deposición química en fase de vapor , tetrafluorometano en el grabado con plasma [185] [186] [187] y trifluoruro de nitrógeno en el equipo de limpieza. [62] El flúor también se utiliza en la síntesis de fluoruros orgánicos, pero su reactividad a menudo requiere la conversión primero al ClF más suave.
3, BrF
3, o SI
5, que en conjunto permiten una fluoración calibrada. Los productos farmacéuticos fluorados utilizan tetrafluoruro de azufre en su lugar. [62]

Fluoruros inorgánicos [ editar ]

La extracción de aluminio depende fundamentalmente de la criolita

Al igual que con otras aleaciones de hierro, se agregan alrededor de 3 kg (6,5 lb) de metspar por cada tonelada métrica de acero; los iones de fluoruro reducen su punto de fusión y viscosidad . [62] [188] Además de su función como aditivo en materiales como esmaltes y revestimientos de varillas de soldadura, la mayor parte de la dispersión ácida reacciona con ácido sulfúrico para formar ácido fluorhídrico, que se utiliza en el decapado de acero , grabado de vidrio y craqueo de alcanos . [62] Un tercio del HF se destina a la síntesis de criolita y trifluoruro de aluminio , ambos flujos en el proceso Hall-Héroult.para extracción de aluminio; la reposición es necesaria por sus reacciones ocasionales con el aparato de fundición. Cada tonelada métrica de aluminio requiere aproximadamente 23 kg (51 lb) de fundente. [62] [189] Los fluorosilicatos consumen la segunda porción más grande, y el fluorosilicato de sodio se usa en la fluoración del agua y el tratamiento de efluentes de lavandería, y como intermedio en el camino hacia la criolita y el tetrafluoruro de silicio. [190] Otros fluoruros inorgánicos importantes incluyen los de cobalto , níquel y amonio . [62] [101] [191]

Fluoruros orgánicos [ editar ]

Los organofluoruros consumen más del 20% de la fluorita extraída y más del 40% del ácido fluorhídrico, con los gases refrigerantes dominantes y los fluoropolímeros que aumentan su participación en el mercado. [62] [192] Los tensioactivos son una aplicación menor, pero generan más de mil millones de dólares en ingresos anuales. [193] Debido al peligro de las reacciones directas de hidrocarburo-flúor por encima de -150 ° C (-240 ° F), la producción industrial de fluorocarbonos es indirecta, principalmente a través de reacciones de intercambio de halógenos como la fluoración Swarts , en la que los cloro de clorocarbono se sustituyen por flúor fluoruro de hidrógeno bajo catalizadores. Fluoración electroquímicasomete a los hidrocarburos a electrólisis en fluoruro de hidrógeno, y el proceso de Fowler los trata con portadores sólidos de flúor como trifluoruro de cobalto . [90] [194]

Gases refrigerantes [ editar ]

Ver también: Refrigerante

Los refrigerantes halogenados, denominados freones en contextos informales, [nota 18] se identifican mediante números R que indican la cantidad de flúor, cloro, carbono e hidrógeno presentes. [62] [195] Los clorofluorocarbonos (CFC) como el R-11 , R-12 y R-114 una vez dominaron los organofluorados, alcanzando su punto máximo en la producción en la década de 1980. Utilizados para sistemas de aire acondicionado, propulsores y solventes, su producción estaba por debajo de una décima parte de este pico a principios de la década de 2000, después de una prohibición internacional generalizada. [62]Los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y los hidrofluorocarbonos (HFC) se diseñaron como sustitutos; su síntesis consume más del 90% del flúor en la industria orgánica. Los HCFC importantes incluyen el R-22, el clorodifluorometano y el R-141b . El principal HFC es el R-134a [62] con un nuevo tipo de molécula HFO-1234yf , una hidrofluoroolefina (HFO) que se destaca debido a su potencial de calentamiento global de menos del 1% del HFC-134a. [196]

Polímeros [ editar ]

Los tejidos tratados con fluorotensioactivo suelen ser hidrófobos
Artículo principal: fluoropolímero

Aproximadamente 180.000 toneladas métricas de fluoropolímeros se produjeron en 2006 y 2007, generando más de $ 3,5 mil millones de ingresos por año. [197] El mercado mundial se estimó en poco menos de $ 6 mil millones en 2011 y se pronosticó que crecería un 6,5% anual hasta 2016. [198] Los fluoropolímeros solo se pueden formar polimerizando radicales libres. [162]

El politetrafluoroetileno (PTFE), a veces llamado por su nombre DuPont Teflon, [199] representa el 60-80% en masa de la producción mundial de fluoropolímeros. [197] La aplicación más importante es el aislamiento eléctrico, ya que el PTFE es un dieléctrico excelente . También se utiliza en la industria química donde se necesita resistencia a la corrosión, en el revestimiento de tuberías, tuberías y juntas. Otro uso importante es la tela de fibra de vidrio recubierta de PFTE para techos de estadios. La principal aplicación de consumo es para utensilios de cocina antiadherentes . [199] La película de PTFE sacudida se convierte en PTFE expandido (ePTFE), una membrana de poros finos a la que a veces se hace referencia con la marca Gore-Tex.y se utiliza para ropa de lluvia, ropa protectora y filtros ; Las fibras de ePTFE se pueden convertir en sellos y filtros de polvo . [199] Otros fluoropolímeros, incluido el etileno propileno fluorado , imitan las propiedades del PTFE y pueden sustituirlo; son más moldeables, pero también más costosos y tienen menor estabilidad térmica. Las películas de dos fluoropolímeros diferentes reemplazan al vidrio en las células solares. [199] [200]

Los ionómeros fluorados químicamente resistentes (pero costosos) se utilizan como membranas de células electroquímicas, de las cuales el primer y más destacado ejemplo es Nafion . Desarrollado en la década de 1960, inicialmente se implementó como material de pila de combustible en naves espaciales y luego reemplazó las células de proceso de cloro - álcali a base de mercurio . Recientemente, la aplicación de las pilas de combustible ha resurgido con los esfuerzos para instalar pilas de combustible con membranas de intercambio de protones en los automóviles. [201] [202] [203] Los fluoroelastómeros como el Viton son mezclas de fluoropolímeros reticulados que se utilizan principalmente en juntas tóricas ; [199] perfluorobutano(C 4 F 10 ) se utiliza como agente extintor de incendios. [204]

Surfactantes [ editar ]

Artículos principales: surfactante fluorado y repelente al agua duradero

Los fluorotensioactivos son pequeñas moléculas de organofluorado que se utilizan para repeler el agua y las manchas. Aunque caros (comparables a los productos farmacéuticos a $ 200-2000 por kilogramo), produjeron más de $ 1 mil millones en ingresos anuales en 2006; Scotchgard solo generó más de $ 300 millones en 2000. [193] [205] [206] Los fluorotensioactivos son una minoría en el mercado general de surfactantes, la mayoría de los cuales son absorbidos por productos a base de hidrocarburos mucho más baratos. Las aplicaciones en pinturas están cargadas por costos compuestos ; este uso se valoró en solo 100 millones de dólares en 2006. [193]

Agroquímicos [ editar ]

Aproximadamente el 30% de los agroquímicos contienen flúor, [207] la mayoría de ellos herbicidas y fungicidas con algunos reguladores de cultivos . La sustitución de flúor, generalmente de un solo átomo o como mucho de un grupo trifluorometilo , es una modificación robusta con efectos análogos a los productos farmacéuticos fluorados: aumento del tiempo de permanencia biológica, cruce de membranas y alteración del reconocimiento molecular. [208] La trifluralina es un ejemplo destacado, con un uso a gran escala en los EE. UU. Como herbicida, [208] [209] pero se sospecha que es carcinógeno y ha sido prohibido en muchos países europeos. [210] Monofluoroacetato de sodio(1080) es un veneno para mamíferos en el que dos hidrógenos del ácido acético se reemplazan con flúor y sodio; interrumpe el metabolismo celular al reemplazar el acetato en el ciclo del ácido cítrico . Sintetizado por primera vez a fines del siglo XIX, fue reconocido como insecticida a principios del siglo XX y luego se implementó en su uso actual. Nueva Zelanda, el mayor consumidor de 1080, lo usa para proteger a los kiwis de la invasora zarigüeya común australiana . [211] Europa y los Estados Unidos han prohibido 1080. [212] [213] [nota 19]

Aplicaciones medicinales [ editar ]

Cuidado dental [ editar ]

Tratamiento tópico de fluoruro en Panamá
Artículos principales: Terapia de fluoruro , Fluoración del agua y Controversia sobre la fluoración del agua

Los estudios de población desde mediados del siglo XX en adelante muestran que el fluoruro tópico reduce la caries dental . Esto se atribuyó primero a la conversión de la hidroxiapatita del esmalte dental en fluorapatita más duradera, pero los estudios en dientes prefluorados refutaron esta hipótesis, y las teorías actuales implican que el flúor ayuda al crecimiento del esmalte en las caries pequeñas. [214] Después de estudios de niños en áreas donde el flúor estaba naturalmente presente en el agua potable, la fluoración controlada del suministro público de agua para combatir la caries dental [215] comenzó en la década de 1940 y ahora se aplica al agua que abastece al 6 por ciento de la población mundial, incluidos dos -tercios de los estadounidenses. [216] [217]Las revisiones de la literatura académica en 2000 y 2007 asociaron la fluoración del agua con una reducción significativa de la caries dental en los niños. [218] A pesar de esos apoyos y de la evidencia de que no hay efectos adversos distintos de la fluorosis dental en su mayoría benigna , [219] todavía existe oposición por motivos éticos y de seguridad. [217] [220] Los beneficios de la fluoración han disminuido, posiblemente debido a otras fuentes de fluoruro, pero aún se pueden medir en grupos de bajos ingresos. [221] El monofluorofosfato de sodio y, a veces, el fluoruro de sodio o estaño (II) se encuentran a menudo en las pastas dentales con fluoruro., introducido por primera vez en los EE. UU. en 1955 y ahora omnipresente en los países desarrollados, junto con enjuagues bucales, geles, espumas y barnices fluorados. [221] [222] [ ¿pertinente? - discutir ]

Productos farmacéuticos [ editar ]

Cápsulas de fluoxetina

El veinte por ciento de los productos farmacéuticos modernos contienen flúor. [223] Uno de ellos, el reductor de colesterol atorvastatina (Lipitor), generó más ingresos que cualquier otro medicamento hasta que se convirtió en genérico en 2011. [224] La combinación de prescripción para el asma Seretide , uno de los diez medicamentos con mayores ingresos a mediados de la década de 2000 , contiene dos ingredientes activos, uno de los cuales, fluticasona , es fluorado. [225] Muchos fármacos están fluorados para retrasar la inactivación y alargar los períodos de dosificación porque el enlace carbono-flúor es muy estable. [226] La fluoración también aumenta la lipofilicidad porque el enlace es más hidrofóbico que el enlace carbono-hidrógeno., y esto a menudo ayuda en la penetración de la membrana celular y por lo tanto en la biodisponibilidad . [225]

Los tricíclicos y otros antidepresivos anteriores a la década de 1980 tenían varios efectos secundarios debido a su interferencia no selectiva con neurotransmisores distintos del objetivo de la serotonina ; la fluoxetina fluorada fue selectiva y una de las primeras en evitar este problema. Muchos antidepresivos actuales reciben este mismo tratamiento, incluidos los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina : citalopram , su isómero escitalopram y fluvoxamina y paroxetina . [227] [228] Las quinolonas son antibióticos artificiales de amplio espectro.que suelen estar fluorados para potenciar sus efectos. Estos incluyen ciprofloxacina y levofloxacina . [229] [230] [231] [232] El flúor también se utiliza en los esteroides: [233] la fludrocortisona es un mineralocorticoide que aumenta la presión arterial , y la triamcinolona y la dexametasona son glucocorticoides fuertes . [234] La mayoría de los anestésicos inhalados están muy fluorados; el prototipo de halotano es mucho más inerte y potente que sus contemporáneos. Compuestos posteriores como los éteres fluorados el sevoflurano y el desflurano son mejores que el halotano y son casi insolubles en sangre, lo que permite tiempos de vigilia más rápidos. [235] [236]

Escaneo PET [ editar ]

Artículo principal: tomografía por emisión de positrones
Un cuerpo completo 18
F PET con glucosa marcada con flúor radiactivo-18. El cerebro y los riñones normales absorben suficiente glucosa para obtener imágenes. Se observa un tumor maligno en la parte superior del abdomen. El flúor radiactivo se ve en la orina de la vejiga.

El flúor-18 se encuentra a menudo en trazadores radiactivos para tomografía por emisión de positrones, ya que su vida media de casi dos horas es lo suficientemente larga como para permitir su transporte desde las instalaciones de producción hasta los centros de imágenes. [237] El marcador más común es la fluorodesoxiglucosa [237] que, después de la inyección intravenosa, es captada por los tejidos que requieren glucosa, como el cerebro y la mayoría de los tumores malignos; [238] La tomografía asistida por computadora se puede utilizar para obtener imágenes detalladas. [239]

Portadores de oxígeno [ editar ]

Ver también: sustituto de sangre y respiración líquida

Los fluorocarbonos líquidos pueden contener grandes volúmenes de oxígeno o dióxido de carbono, más que la sangre, y han atraído la atención por sus posibles usos en sangre artificial y en la respiración de líquidos. [240] Debido a que los fluorocarbonos normalmente no se mezclan con el agua, deben mezclarse en emulsiones (pequeñas gotas de perfluorocarbono suspendidas en agua) para usarlas como sangre. [241] [242] Uno de esos productos, Oxycyte , ha pasado por ensayos clínicos iniciales. [243] Estas sustancias pueden ayudar a los atletas de resistencia y están prohibidas en los deportes; La muerte cercana de un ciclista en 1998 provocó una investigación sobre su abuso. [244] [245]Las aplicaciones de la respiración de líquido de perfluorocarbono puro (que utiliza líquido de perfluorocarbono puro, no una emulsión de agua) incluyen ayudar a víctimas de quemaduras y bebés prematuros con pulmones deficientes. Se ha considerado el llenado pulmonar parcial y completo, aunque solo el primero ha tenido pruebas significativas en humanos. [246] Un esfuerzo de Alliance Pharmaceuticals llegó a los ensayos clínicos, pero fue abandonado porque los resultados no fueron mejores que los de las terapias normales. [247]

Papel biológico [ editar ]

Artículo principal: Aspectos biológicos del flúor.
El gifblaar es uno de los pocos organismos sintetizadores de organofluorados.

El flúor no es esencial para humanos y mamíferos, pero se sabe que pequeñas cantidades son beneficiosas para el fortalecimiento del esmalte dental (donde la formación de fluorapatita hace que el esmalte sea más resistente al ataque de los ácidos producidos por la fermentación bacteriana de los azúcares). Pequeñas cantidades de flúor pueden ser beneficiosas para la resistencia ósea, pero esta última no se ha establecido definitivamente. [248] Tanto la OMS [249] como el Instituto de Medicina de las Academias Nacionales de EE. UU. [250] publican la cantidad diaria recomendada (RDA) y la ingesta máxima tolerada de flúor, que varía con la edad y el sexo.

Se han encontrado organofluorados naturales en microorganismos y plantas [65], pero no en animales. [251] El más común es el fluoroacetato , que se utiliza como defensa contra los herbívoros por al menos 40 plantas en África, Australia y Brasil. [212] Otros ejemplos incluyen ácidos grasos terminales fluorados , fluoroacetona y 2-fluorocitrato. [251] En 2002 se descubrió en bacterias una enzima que une el flúor al carbono, la adenosil-fluoruro sintasa . [252]

Toxicidad [ editar ]

Artículo principal: peligros relacionados con el flúor
Señales de peligro estadounidenses para el flúor transportado comercialmente [253]

El flúor elemental es muy tóxico para los organismos vivos. Sus efectos en los seres humanos comienzan en concentraciones inferiores a las 50 ppm del cianuro de hidrógeno [254] y son similares a los del cloro: [255] se produce una irritación significativa de los ojos y el sistema respiratorio, así como daño hepático y renal por encima de las 25 ppm, que es el valor inmediatamente peligroso para la vida y la salud del flúor. [256] Los ojos y la nariz se dañan seriamente a 100 ppm, [256] y la inhalación de 1,000 ppm de flúor causará la muerte en minutos, [257] en comparación con 270 ppm para el cianuro de hidrógeno. [258]

Flúor
Peligros
Pictogramas GHS
Palabra de señal GHSPeligro
Declaraciones de peligro GHS
H270 , H330 , H314 , H318 [259]
NFPA 704 (diamante de fuego)
4
0
4
W OX

Ácido fluorhídrico [ editar ]

Las quemaduras por ácido fluorhídrico pueden no ser evidentes durante un día, después del cual los tratamientos con calcio son menos efectivos. [260]
Ver también: quemaduras químicas

El ácido fluorhídrico es el más débil de los ácidos halohídricos, con un pKa de 3,2 a 25 ° C. [261] Es un líquido volátil debido a la presencia de puentes de hidrógeno (mientras que los otros ácidos hidrácidos son gases). Es capaz de atacar vidrio, hormigón, metales, materia orgánica. [262]

El ácido fluorhídrico es un veneno de contacto con mayores peligros que muchos ácidos fuertes como el ácido sulfúrico aunque es débil: permanece neutro en solución acuosa y, por lo tanto, penetra más rápido en los tejidos, ya sea por inhalación, ingestión o la piel, y al menos nueve trabajadores estadounidenses murieron en tales accidentes de 1984 a 1994. Reacciona con calcio y magnesio en la sangre provocando hipocalcemia y posible muerte por arritmia cardíaca . [263] La formación de fluoruro de calcio insoluble provoca un dolor intenso [264] y las quemaduras de más de 160 cm 2 (25 en 2 ) pueden causar una toxicidad sistémica grave. [265]

La exposición puede no ser evidente durante ocho horas para HF al 50%, elevándose a 24 horas para concentraciones más bajas, y una quemadura puede inicialmente ser indolora ya que el fluoruro de hidrógeno afecta la función nerviosa. Si la piel ha estado expuesta al HF, el daño se puede reducir enjuagando con un chorro de agua durante 10 a 15 minutos y quitando la ropa contaminada. [266] A continuación, a menudo se aplica gluconato de calcio , que proporciona iones de calcio para unirse con el fluoruro; Las quemaduras de la piel se pueden tratar con gel de gluconato cálcico al 2,5% o con soluciones de enjuague especiales. [267] [268] [269]La absorción de ácido fluorhídrico requiere un tratamiento médico adicional; El gluconato de calcio puede inyectarse o administrarse por vía intravenosa. El uso de cloruro de calcio, un reactivo de laboratorio común, en lugar de gluconato de calcio está contraindicado y puede provocar complicaciones graves. Es posible que se requiera la escisión o amputación de las partes afectadas. [265] [270]

Ión de fluoruro [ editar ]

Ver también: toxicidad por fluoruro

Los fluoruros solubles son moderadamente tóxicos: 5 a 10 g de fluoruro de sodio, o 32 a 64 mg de iones de fluoruro por kilogramo de masa corporal, representan una dosis letal para los adultos. [271] Una quinta parte de la dosis letal puede causar efectos adversos para la salud, [272] y el consumo excesivo crónico puede provocar fluorosis esquelética , que afecta a millones de personas en Asia y África. [272] [273] El fluoruro ingerido forma ácido fluorhídrico en el estómago que es fácilmente absorbido por los intestinos, donde atraviesa las membranas celulares, se une al calcio e interfiere con varias enzimas, antes de la excreción urinaria . Los límites de exposición se determinan mediante pruebas de orina de la capacidad del cuerpo para eliminar los iones de fluoruro. [272] [274]

Históricamente, la mayoría de los casos de intoxicación por fluoruro han sido causados ​​por la ingestión accidental de insecticidas que contienen fluoruros inorgánicos. [275] La mayoría de las llamadas actuales a los centros de control de intoxicaciones por posibles intoxicaciones por flúor provienen de la ingestión de pasta de dientes que contiene flúor. [272] El mal funcionamiento del equipo de fluoración del agua es otra causa: un incidente en Alaska afectó a casi 300 personas y mató a una persona. [276] Los peligros de la pasta de dientes se agravan para los niños pequeños, y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades recomiendan supervisar a los niños menores de seis años que se cepillan los dientes para que no se traguen la pasta de dientes. [277]Un estudio regional examinó un año de informes de intoxicación por fluoruro de preadolescentes por un total de 87 casos, incluida una muerte por ingestión de insecticida. La mayoría no presentaba síntomas, pero alrededor del 30% tenía dolores de estómago. [275] Un estudio más amplio en los EE. UU. Arrojó resultados similares: el 80% de los casos involucraron a niños menores de seis años y hubo pocos casos graves. [278]

Preocupaciones medioambientales [ editar ]

Atmósfera [ editar ]

Proyección de la NASA del ozono estratosférico sobre América del Norte sin el Protocolo de Montreal [279]
Ver también: Agotamiento de la capa de ozono y calentamiento global

El Protocolo de Montreal , firmado en 1987, estableció regulaciones estrictas sobre clorofluorocarbonos (CFC) y bromofluorocarbonos debido a su potencial dañino para la capa de ozono (ODP). La alta estabilidad que los adaptaba a sus aplicaciones originales también significaba que no se descomponían hasta que alcanzaban altitudes más altas, donde los átomos de cloro y bromo liberados atacaban las moléculas de ozono. [280] Incluso con la prohibición y los primeros indicios de su eficacia, las predicciones advirtieron que pasarían varias generaciones antes de la recuperación completa. [281] [282] Con una décima parte del PAO de los CFC, los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) son los reemplazos actuales, [283]y están programados para su sustitución para 2030-2040 por hidrofluorocarbonos (HFC) sin cloro y cero ODP. [284] En 2007, esta fecha se adelantó a 2020 para los países desarrollados; [285] la Agencia de Protección Ambiental ya había prohibido la producción de un HCFC y limitó las de otros dos en 2003. [284] Los gases fluorocarbonados son generalmente gases de efecto invernadero con potenciales de calentamiento global (GWP) de alrededor de 100 a 10,000; el hexafluoruro de azufre tiene un valor de alrededor de 20.000. [286] Un valor atípico es el HFO-1234yf, que es un nuevo tipo de refrigerante llamado hidrofluoroolefina.(HFO) y ha atraído la demanda mundial debido a su GWP de menos de 1 en comparación con 1.430 para el refrigerante estándar actual HFC-134a . [196]

Biopersistencia [ editar ]

Ácido perfluorooctanosulfónico , un componente clave de Scotchgard hasta 2000 [287]
Artículo principal: Biopersistencia de compuestos orgánicos fluorados.

Los organofluorados exhiben biopersistencia debido a la fuerza del enlace carbono-flúor. Los ácidos perfluoroalquilo (PFAA), que son escasamente solubles en agua debido a sus grupos funcionales ácidos, son contaminantes orgánicos persistentes ; El ácido [288] perfluorooctanosulfónico (PFOS) y el ácido perfluorooctanoico (PFOA) son los que se investigan con mayor frecuencia. [289] [290] [291]Se han encontrado trazas de PFAA en todo el mundo, desde osos polares hasta humanos, y se sabe que PFOS y PFOA residen en la leche materna y la sangre de los bebés recién nacidos. Una revisión de 2013 mostró una ligera correlación entre el agua subterránea y los niveles de PFAA del suelo y la actividad humana; no hubo un patrón claro de una sustancia química dominante, y las cantidades más altas de PFOS se correlacionaron con cantidades más altas de PFOA. [289] [290] [292] En el cuerpo, los PFAA se unen a proteínas como la albúmina sérica ; tienden a concentrarse dentro de los humanos en el hígado y la sangre antes de excretarse a través de los riñones. El tiempo de permanencia en el cuerpo varía mucho según la especie, con vidas medias de días en roedores y años en humanos. [289] [290] [293]Las dosis altas de PFOS y PFOA causan cáncer y muerte en roedores recién nacidos, pero los estudios en humanos no han establecido un efecto con los niveles de exposición actuales. [289] [290] [293]

Ver también [ editar ]

  • Láser de fluoruro de argón
  • Fluoración electrofílica
  • Electrodo selectivo de fluoruro , que mide la concentración de fluoruro
  • Datación por absorción de flúor
  • Química fluorada , un proceso utilizado para separar los reactivos de los disolventes orgánicos.
  • Láser de fluoruro de criptón
  • Fluoración radical

Notas [ editar ]

  1. ↑ Las fuentes no están de acuerdo con los radios de los átomos de oxígeno, flúor y neón. Por tanto, es imposible realizar una comparación precisa.
  2. ^ El α-flúor tiene un patrón regular de moléculas y es un sólido cristalino, pero sus moléculas no tienen una orientación específica. Las moléculas de β-flúor tienen ubicaciones fijas y una mínima incertidumbre de rotación. Para obtener más detalles sobre el α-flúor, consulte la estructura de 1970 de Pauling. [43] Para obtener más detalles sobre el concepto de desorden en los cristales, consulte las revisiones generales a las que se hace referencia. [44] [45]
  3. ^ Se escucha un fuerte clic. Las muestras pueden romperse y las ventanas de las muestras explotar.
  4. ^ La relación entre el momento angular y el momento magnético se denomina relación giromagnética. "Se puede pensar, para muchos propósitos, que ciertos núcleos giran alrededor de un eje como la Tierra o como una peonza. En general, el espín les otorga un momento angular y un momento magnético; el primero debido a su masa, el segundo porque todos o parte de su carga eléctrica puede estar rotando con la masa ". [49]
  5. ↑ Basilius Valentinus supuestamente describió la fluorita a fines del siglo XV, pero debido a que sus escritos fueron descubiertos 200 años después, la veracidad de esta obra es dudosa. [70] [71] [72]
  6. ^ O quizás desde 1670 en adelante; Partington [76] y Weeks [75] ofrecen relatos diferentes.
  7. ^ Fl, desde 2012, se utiliza para flerovium .
  8. ↑ Davy , Gay-Lussac , Thénard y los químicos irlandeses Thomas y George Knox resultaron heridos. Murieron el químico belga Paulin Louyet y el químico francés Jérôme Nicklès . Moissan también experimentó una grave intoxicación por fluoruro de hidrógeno. [75] [85]
  9. ↑ También fue honrado su invención del horno de arco eléctrico .
  10. ^ Flúor en F
    2    se define para tener un estado de oxidación 0. La especie inestable F-
    2    y F-
    3    , que se descomponen alrededor de los 40 K, tienen estados de oxidación intermedios; [96] F+
    4    y se predice que algunas especies relacionadas serán estables. [97]
  11. ^ El monofluoruro de nitrógeno y boro metaestabletiene enlaces de flúor de orden superior y algunos complejos metálicos lo utilizan como ligando puente . El enlace de hidrógeno es otra posibilidad.
  12. ^ ZrF
    4    se derrite a 932 ° C (1710 ° F), [110] HfF
    4    sublima a 968 ° C (1774 ° F), [107] y UF
    4    funde a 1036 ° C (1897 ° F). [111]
  13. ^ Estos trece son los de molibdeno, tecnecio, rutenio, rodio, tungsteno, renio, osmio, iridio, platino, polonio, uranio, neptunio y plutonio.
  14. ^ Véase también la explicación de Clark. [129]
  15. ^ El tetrafluoruro de carbono es formalmente orgánico, pero se incluye aquí en lugar de en la sección de química de los organofluorados, donde se discuten compuestos de carbono-flúor más complejos, para compararlos con el SiF.
    4    y GeF
    4    .
  16. ↑ Perfluorocarbon y fluorocarbon sonsinónimos de IUPAC para moléculas que contienen carbono y flúor solamente, pero en contextos coloquiales y comerciales, el último término puede referirse a cualquier molécula que contenga carbono y flúor, posiblemente con otros elementos.
  17. ^ Esta terminología es imprecisa ytambién se utiliza sustancia perfluorada . [159]
  18. ^ Esta marca comercial de DuPont a veces se utiliza indebidamente para los CFC, HFC o HCFC.
  19. ^ Los collares de ganado y ovejas estadounidenses pueden usar 1080 contra depredadores como los coyotes.

Fuentes [ editar ]

Citas [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con el flúor en Wikimedia Commons
  • Flúor (elemento químico) en la Encyclopædia Britannica