Flo

Thuộc tính

Flo nguyên chất là một khí màu vàng nhạt có tính ăn mòn do nó là một chất ôxi hóa cực mạnh. Flo thậm chí còn tạo ra các hợp chất với một số khí trơ như xenon và radon. Ngay trong bóng tối và ở nhiệt độ thấp (21K), flo phản ứng mãnh liệt với hiđrô. Trong luồng khí flo, thủy tinh, các kim loại, nước và các chất khác cháy với ngọn lửa sáng chói. Nó hoạt động quá mạnh nên không thể tìm thấy ở dạng đơn chất và có ái lực đối với phần lớn các nguyên tố khác, đặc biệt là silic, vì thế nó không thể được điều chế hay bảo quản trong các bình thủy tinh. Trong không khí ẩm nó phản ứng với hơi nước để tạo ra axít flohiđric rất nguy hiểm.
Trong dung dịch nước, flo thông thường xuất hiện dưới dạng ion florua F⁻. Các dạng khác là phức chất gốc flo (như [FeF₄]⁻) hay H₂F⁺.
Các muối florua là hợp chất của flo với các gốc tích điện dương, thường là các ion. Các hợp chất của flo với kim loại nằm trong số các muối ổn định nhất.

Tính chất hóa học

F₂ là một phi kim hoạt động hóa học rất mạnh

Phản ứng với hydro

Phản ứng xảy ra ngay trong bóng tối, ở nhiệt độ -252*C tạo ra axit flohydric
F₂ + H₂ → 2HF

Phản ứng thế

Flo có khả năng dời chỗ các halogen khác ra khỏi các hợp chất ion hoặc hợp chất công hóa trị (ở điều kiện xác định)
F₂ + 2KCl (rắn) → 2KF + Cl₂ (điều kiện: lạnh)
F₂ + KBr (dd) → 2KF + Br₂
Nếu dư F₂ còn có phản ứng:
Br₂ + 5F₂ + 6H₂O → 2HBrO₃ + 10HF
và có một phần flo tác dụng với H₂O

Phản ứng với các dung dịch kiềm

Khác với các halogen khác, flo không tạo muối chứa oxi. Khi phản ứng với kiềm loãng (thí dụ NaOH 2%) lạnh tạo ra Oxygen diflorua và florua
2F₂ + 2NaOH → 2NaF + OF₂↑ + H₂O (điều kiện: NaOH lạnh, 2%)
OF₂ độc và có tính oxi hóa mạnh
OF₂ + H₂O → 2HF + O₂

Phản ứng riêng

Axit flohydric HF còn có tính chất đặc biệt là ăn mòn các đồ vật bằng thủy tinh(với cấu tạo chủ yếu từ SiO₂):
2F₂ + SiO₂ → SiF₄ + O₂

Lịch sử

Lịch sử coi năm 1771 là năm tìm ra Flo. Khi nhà hoá học Thụy Điển Sile chưng hỗn hợp khoáng vật fluorit (CaF2) với axit H2SO4 , ông thu được một chất mới.
Lavoadiê gọi chất mới này là Axit fluoric, vì ông nghĩ rằng hợp chất này chứa oxi và một nguyên tố chưa biết.
Tất nhiên Lavoadiê đã nhầm. Sau khi làm thí nghiệm đốt cháy lưu huỳnh, phốt pho (1872) rồi hoà tan trong nước ông đều thu được axít. Từ đó ông tổng quát rằng hễ có axit là có oxi. Theo ông oxi có nghĩa là sinh ra axit.
Đến năm 1810, nhà hoá học Anh Đêvi (H.Davy) bằng phương pháp điện phân axit HCl đã tìm ra được clo và ông chứng minh rằng axit này là một hợp chất của clo và hidro.
Tương tự như vậy ông giả thiết rằng axit flohidric sẽ là một hợp chất của một nguyên tố mới chưa biết với hidro.
Đến năm 1816, tên gọi fluor được thay thế bằng flo, theo tiếng Hi lạp có nghĩa là huỷ hoại chết chóc.
Thật vậy lịch sử đi tìm ra flo tự do là lịch sử của nguy hiểm và hi sinh của nhiều nhà khoa học.
Đêvi đã không thành công trong việc điện phân axít flohidric và ông bị ngộ độc, tuy rằng ông đã xác định được khối lượng nguyên tử của flo là bằng 19,06.
Đến năm 1834, học trò của Đêvi là nhà vật lý Farađây (M.Faraday) cố gắng tìm cách giải quyết vấn đề flo tự do bằng cách điện phân một số Florua ở trạng thái nóng chảy, nhưng cũng thất bại.
Sau đó hai anh em nhà Knôcxơ (Knox) người Ái Nhĩ Lan tiến hành thí nghiệm 5 năm liền, kết quả một người chết và một người khác đã bị thương. Một số nhà bác học khác cũng chia sẻ số phận thảm hại của anh em Knôcxơ.
Cuối cùng trong những năm 1854 - 1856, một giáo sư người Pháp của trường đại học Bách khoa ở Pari Fremi (E. Fremy) đã điện phân canxiflorua (CaF2) nóng chảy. Canxi kim loại xuất hiện ở cực âm, trong khi đó một chất khí thoát ra ở cực dương.
Như vậy, Fremi xứng đáng được coi như đồng tác giả với Sile, mặc dù ông chưa thu được khí flo để nghiên cứu tính chất.
Cần chú ý rằng không dễ dàng thu được khí flo. Nó hoạt động hoá học rất mạnh và cực độc. Độc hơn cả axít HF.
Năm 1869, nhà hoá học Anh Gorơ (G. Gore) đã thu được một lượng rất ít flo nhưng nó đã nổ mạnh khi tác dụng với hidro.
Người cuối cùng thành công trong việc điều chế ra flo ở trạng thái tự do là nhà hoá học Pháp Moaxăng (A. Moissan). Trước một Uỷ ban đặc biệt của Viện Hàn lâm khoa học Pari gồm những nhà hoá học nổi tiếng, Moaxăng đã trình bày thí nghiệm. Ngày đầu ông thất bại, ngày thứ hai mới thành công. Đó là năm 1886 – nửa sau thế kỷ thứ 19.

Sản xuất

Dùng phương pháp điện phân hỗn hợp KF + 2HF (nóng chảy ở 70 °C)
Bình điện phân có cực âm làm bằng thép và cực dương bằng than chì (graphit).

Hợp chất

Flo thông thường có thể thay thế hiđrô khi nó có trong các hợp chất hữu cơ. Thông qua cơ chế này, flo có thể có rất nhiều hợp chất. Các hợp chất flo với các khí trơ đã được tổng hợp bởi Howard Claassen, Henry Selig, John Malm lần đầu tiên năm 1962 - là tetraflorua xenon. Các florua của krypton và radon cũng đã được điều chế sau đó.
Nguyên tố này được điều chế từ florit, cryôlit và florapatit.
Xem thêm: Florocacbon

Cảnh báo

Cả flo và HF cần phải được sử dụng với một yêu cầu rất nghiêm ngặt và phải tránh mọi sự tiếp xúc với da và mắt. Mọi thiết bị phải được thụ động hóa trước khi phơi nhiễm bởi flo.
Cả flo đơn chất và các ion florua là những chất độc mạnh. Khi ở dạng đơn chất, flo là một khí có mùi hăng đặc trưng có thể dễ dàng phát hiện ở nồng độ rất thấp (khoảng 20 nL/L). Nồng độ cho phép tối đa của sự phơi nhiễm hàng ngày (8 giờ làm việc) là 1 µL/L (một phần triệu theo thể tích), thấp hơn cả của xyanua hiđrô.