ฟลูออรีน

ฟลูออรีน () (จากภาษาละติน Fluere แปลว่า "ไหล") เป็นธาตุเคมีที่เป็นพิษและทำปฏิกิริยาได้มากที่สุด มีสัญลักษณ์ F และเลขอะตอม 9 เป็นธาตุแฮโลเจนที่เป็นเบาที่สุดและมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุด มักปรากฏอยู่ในรูปของแก๊สสีเหลืองที่ภาวะอุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ธาตุนี้ทำปฏิกิริยาได้เกือบทุกธาตุรวมทั้งแก๊สมีสกุลบางตัว มีสมบัติเป็นอโลหะมากที่สุด (ถ้าไม่รวมแก๊สมีสกุล)

ลักษณะ

ไอโซโทป 

นิวเคลียสของฟลูออรีนประกอบด้วย 9 โปรตอน 9 นิวตรอน แต่ไอโซโทปที่เสถียรของฟลูออรีนนั้น คือ ฟลูออรีน–19 มีโปรตอน 10 โปรตอน ส่วนไอโซโทปของฟลูออรีนที่สังเคราะห์ขึ้นมี 17 ไอโซโทปมีมวลอะตอมตั้งแต่ 14–31 (ยกเว้น 19) ในบรรดาไอโซโทปเหล่านี้ ไอโซโทปที่เสถียรที่สุด คือ ฟลูออรีน–18 ด้วยครึ่งชีวิต 109.77 นาที ไอโซโทปที่มวลเบาส่วนใหญ่จะสลายตัวด้วยวิธีการจับยึดอิเล็กตรอน ฟลูออรีน–17 และฟลูออรีน-18 สลายตัวด้วยการแบ่งแยกโพซิตรอน ส่วนไอโซโทปที่หนักกว่าฟลูออรีน–19 จะสลายด้วยวิธีการสลายให้อนุภาคบีตา

โครงสร้างอะตอม 
อะตอมฟลูออรีนในธรรมชาติมี 9 อิเล็กตรอน มีอิเล็กตรอนน้อยกว่านีออนอยู่ 1 อิเล็กตรอน ดังในการจัดเรียงอิเล็กตรอนของฟลูออรีน [He] 2s2 2p5 อะตอมของฟลูออรีนมีรัศมีโควาเลนซ์เพียง 64 พิโกเมตร ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับอะตอมออกซิเจนและอะตอมนีออน

พลังงานไอออไนเซชั่นของฟลูออรีนสูงเป็นอันดับ 2 ในคาบเดียวกัน คือมีพลังงานไอออไนเซชั่นลำดับที่ 1 1,681 กิโลจูล/โมล ซึ่งรองจากนีออนที่มีพลังไอออไนเซชั่นลำดับที่ 1 2,080 กิโลจูลต่อโมล แต่ในหมู่เดียวกันแล้วฟลูออรีนมีพลังงานไอออเนเซชันมากที่สุด ทำให้อิเล็กตรอนยากที่จะหลุดออกจากอะตอมฟลูออรีนแต่จะได้รับอิเล็กตรอนเข้ามาง่าย แต่ค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity)ของฟลูออรีนเป็นอันดับ 2 ซึ่งรองจากคลอรีนที่มีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนอยู่ 352.4 แต่ฟลูออรีนมีค่านี้อยู่ 331.4 ส่วนค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีหรือสภาพไฟฟ้าลบของธาตุของฟลูออรีนมีมากที่สุดในบรรดาธาตุใด ๆ คือมีค่าเท่ากับ 4.0

โครงสร้างโมเลกุล 

โมเลกุลของฟลูออรีนส่วนใหญ่จะเป็นรูปของ F2 หรือไดฟลูออไรด์ พลังงานระหว่างพันธะของ F2 มีค่าน้อยกว่าพลังงานระหว่างพันธะของ Cl2 และ Br2 ถ้าฟลูออรีนไม่ได้อยู่เป็นคู่จะมีเป็นแม่เหล็กไดอะแมกเนติกแต่ถ้าอยู่กันเป็นคู่แล้วจะมีแม่เหล็กเป็นพาราแมกเนติก ซึ่งคล้ายกับออกซิเจนและไนโตรเจน

สถานะ 

ฟลูออรีนมีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง เป็นแก๊สที่มีสีเหลืองอ่อนฟลูออรีนบริสุทธิ์มีสีเหลืองอ่อนมาก ฟลูออรีนจะควบแน่นเป็นฟลูออรีนเหลวที่อุณหภูมิ -188 องศาเซลเซียส (-307 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่ออกซิเจนและไนโตรเจนควบแน่นเป็นของเหลว

ฟลูออรีนจะเป็นของแข็งได้ที่อุณหภูมิ  -220 องศาเซลเซียส (-363 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งอะตอมฟลูออรีนในฟลูออรีนแข็งนี้จะจัดเรียงเป็นรูปลูกบาศก์ หรือที่เรียกว่าบีตา–ฟลูออรีน ในสถานะนี้ฟลูออรีนจะมีลักษณะเป็นของแข็งโปร่งใสและนุ่ม ในอุณหภูมิ -228 องศาเซลเซียส (-378 องศาฟาเรนไฮต์) ฟลูออรีนจะสามารถเปลี่ยนสถานะจากของแข็งไปเป็นของแข็งโดยที่โครงสร้างคริสตัลจะเปลี่ยนไปเท่านั้นคือเป็นมอโนคลินิกหรือที่เรียกว่าแอลฟา–ฟลูออรีน ซึ่งจะมีสีทึบและยากที่จะปิดตัว พลังงานที่เปลี่ยนโครงสร้างคริสตัลนี้มากกว่าพลังงานที่ใช้เปลี่ยนสถานะที่จุดหลอมเหลวและสามารถจะรุนแรงขึ้นไปอีก ในปกติ ฟลูออรีนแข็งค่อนข้างที่จะคล้ายกับออกซิเจนแข็งมากกว่าธาตุในหมู่แฮโลเจนที่อยู่ในสถานะของแข็ง

การเกิดปฏิกิริยาเคมี 
ฟลูออรีนเมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วบ่อยครั้งที่จะเกิดอย่างฉับพลันหรือเกิดระเบิดขึ้น สารหลายอย่างที่ถือว่าโดยทั่วไปว่าเป็นปฏิกิริยาทางเคมีเช่นผงเหล็ก เศษแก้วและใยหิน เส้นใยนี้เกิดปฏิกิริยากับฟลูออรีนเย็นได้ง่าย น้ำและไม้สามารถถูกเผาไฟได้โดยนำไปใกล้กับฟลูออรีนโดยที่ไม่ต้องมีจุดประกายไฟ

ฟลูออรีนได้ถูกนำไปใช้ในการเกิดสารประกอบของแก๊สมีสกุลโดยที่ฟลูออรีนทำปฏิกิริยากับแพลตทินัม แพลเลเดียม หรือเหล็กเกิดเป็น PtF6 PdF6 FeF6 แล้วนำไปใช้เป็นตัวออกซิไดส์ที่สามารถดึงอิเล็กตรอนของแก๊สมีสกุลแล้วให้ความร้อน ดังสมการ

Xe + PtF6(g) → [Xe+][(PtF6)-]

การปรากฏ

เอกภพ 
เอกภพมีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบที่ 40 ส่วนในพันล้านส่วน ฟลูออรีนเป็นที่คาดกันว่าจะเป็นธาตุที่พบมากที่สุดเป็นอันดับที่ 24 ในเอกภพ มันเป็นธาตุเบาที่หายาก (ธาตุที่เบากว่ามีแนวโน้มที่จะพบมาก) ธาตุทั้งหมดตั้งแต่ ธาตุที่ 6–14 ยกเว้นธาตุที่ 11 มีในเอกภพมากกว่าฟลูออรีน 100–1,000 เท่า ในลำดับการทำปฏิกิริยาฟิวชันบนดาวฤกษ์จะผลิต ออกซิเจน คาร์บอน นีออน และอื่น ๆ โดยที่ไม่มีฟลูออรีนผลิตออกมา ถึงจะผลิตได้แต่มันจะถูกทำลายอย่างรวดเร็วโดยปฏิกิริยาฟิวชันอื่น ๆ

โลก 
ฟลูออรีนเป็นธาตุลำดับที่ 13 ตามธาตุที่พบมากในเปลือกโลก ในเปลือกโลกประกอบไปด้วยฟลูออรีน 600–700 ส่วนในล้านส่วน โดยมวล ส่วนใหญ่แล้วจะพบฟลูออรีนในรูปของสารประกอบ ซึ่งเป็นแร่ แร่ที่สำคัญที่มีฟลูออรีน ได้แก่
 แร่ฟลูออไรต์ – (CaF2) หรือ ฟลูออสปาร์ เป็นแหล่งที่มาหลักของฟลูออรีนในเชิงพาณิชย์ ฟลูออไรต์นี้พบได้ทั่วโลก ประเทศจีนเป็นประเทศที่ต้องการแร่นี้มากกว่าครึ่งหนึ่งของความต้องการของโลก รองลงมาเป็นประเทศแม็กซิโก ประเทศสหรัฐอเมริกาสามารถผลิตฟลูออไรต์ได้มากที่สุดในช่วงศตวรรษที่ 20 แต่เหมืองแร่แห่งสุดท้ายในรัฐอิลลินอยได้ถูกปิดลงในปี ค.ศ. 1995
 ฟลูออร์อะพาไทด์ – (Ca5(PO4)3F) และอะพาไทด์อื่นๆ ถูกขุดออกมาในปริมาณที่มากเนื่องจากอะพาไทด์จะถูกนำไปสกัดเอาฟอสฟอรัสมาทำปุ๋ยฟอสเฟต ฟลูออรีนบนโลกส่วนใหญ่อยู่ในแร่ชนิดนี้ แต่เศษของฟลูออรีนที่น้อยมาก (3.5 %) จะถูกทิ้งเป็นของเสีย มีแต่ในสหรัฐอเมริกาเท่านั้นที่เก็บฟลูออรีนนี้ไว้เพื่อทำเฮกซะฟลูออโรซิลิเกต (SiF6) เพื่อใช้ในการจัดหาน้ำโดยการฟลูออไรเดชั่น
 ไครโอไลต์ – (Na3AlF6) เป็นที่มีแร่ที่มีฟลูออรีนที่มีในโลกน้อยที่สุด แต่เดิมแร่นี้ใช้ในการผลิตอะลูมิเนียม เหมืองแร่เชิงพาณิชย์หลักที่ชายฝั่งตะวันตกของกรีนแลนด์ได้ถูกปิดลงในปี ค.ศ. 1987

นอกจากนี้ยังมีแร่อื่น ๆ อีกเช่น พลอย บุษราคัม อยู่ในรูปของฟลูออไรด์ ฟลูออไรด์นั้นพบในน้ำทะเลซึ่งต่างจากแฮไลด์อื่น ๆ เพราะโลหะแอลคาไลน์เอิร์ทจะตกตะกอนเมื่อนำมันออกจากน้ำ ฟลูออรีนนั้นยังถูกพบในขณะที่ภูเขาไฟระเบิดและจากน้ำพุร้อนใต้ดิน จุดกำเนิดของฟลูออรีนที่ดีที่สุดนี้นยังไม่แน่ชัด

สารประกอบ 

ฟลูออรีนส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชั่น -1 เพราะฟลูออรีนขาดอิเล็กตรอนอีก 1 ก็จะเกิดความเสถียร ดั้งนั้นฟลูออรีนจึงเกิดสารประกอบกับโลหะแอลคาไลและธาตุที่มีเลขออกซิเดชั่น +1 ได้ง่าย

ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ 

ฟลูออรีนเกิดปฏิกิรยากับไอโดรเจนเกิดเป็นสารประกอบที่เรียกว่า ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) หรือที่มันละลายน้ำแล้วจะเป็นกรดไฮโดรฟลูออริก (H+F) จุดเดือดของไฮโดรเจนฟลูออไรด์สูงกว่าไฮโดรเจนแฮไลด์อื่น ๆ เช่นเดียวกับไดไฮโดรเจนออกไซด์ ที่มีจุดเดือดสูงกว่าไดไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไดไฮโดรเจนซีลีไนด์ ไดไฮโดรเจนเทลลูไรด์

ในสารละลายน้ำ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์เป็นกรดอ่อน ในขณะที่ไฮโดรแฮลิกอื่น ๆ เป็นกรดแก่ กรดไฮโดรฟลูออริกนำไปใช้เป็นงานศิลปะที่ทำโดยกระจกเพื่อใช้ให้มันกัดกระจก

สารประกอบกับแก๊สมีสกุล 
สารประกอบแรกที่เกิดสารประกอบฟลูออรีนกับแก๊สมีสกุลคือ ซีนอนเททระฟลูออไรด์ ต่อมาก็สามารถสร้างสารประกอบที่มีฟลูออรีน 2 อะตอมได้คือ เรดอนไดฟลูออไรด์แล้วคาดว่าจะเกิดกับซีนอนและคริปทอนได้ ส่วนสารประกอบที่เกิดขึ้นกับแก๊สมีสกุลที่เบากว่าจะสลายตัวไปอย่างรวดเร็ว และจะเกิดขึ้นในสภาพที่มีความดันสูง อุณหภูมิต่ำ เช่นอาร์กอนเฮกซะฟลูออโรไฮเดรต (ArHF6) และฮีเลียมเฮกซะฟลูออโรไฮเดรต (HeHF6)  ส่วนนีออนนั้นยังไม่พบสารประกอบกับฟลูออรีน

การนำไปใช้ประโยชน์ 
 โซเดียมฟลูออไรด์ ใช้ปริมาณเล็กน้อยเติมลงในยาสีฟัน จะทำให้แคลเซียมที่ผิวฟันแปลงสภาพเป็นแคลเซียมฟลูออไรด์ที่ไม่ละลายน้ำ และป้องกันฟันผุได้
 กรดไฮโดรฟลูออริก หรือกรดกัดแก้ว ใช้ในงานศิลปะเพื่อกัดกระจกให้เป็นลวดลายต่าง ๆ ตามที่ต้องการ

ความอันตราย 
ฟลูออรีนนั้นมีความอันตรายสูงมากถ้ามันบริสุทธิ์ มันจะทำให้เกิดรอยไหม้เหมือนโดนผิวหนัง เมื่อมีปริมาณ 25 ส่วนในล้านส่วนมันจะสามารถทำร้ายดวงตา ทางเดินหายใจ ปอดรวมถึงตับและไตด้วย ถ้ามีปริมาณ 100 ส่วนในล้านส่วนจะทำให้ตาและจมูกของมนุษย์ได้รับความเสียหายอย่างหนัก

เชิงอรรถ

รายการอ้างอิง 

ตัวออกซิไดซ์
แฮโลเจน
ธาตุเคมี
ฟลูออรีน
วัสดุศาสตร์