ფთორი

ფთორი

1.ზოგადი დახასიათება

 ყველაზე აქტიური, ყველაზე ელექტროუარყოფითი, ყველაზე რეაქციისუნარიანი,ყველაზე-ყველაზე არამეტალი, ყველაზე აგრესილუი ელემენტი, ყველაზე, ყველაზე,ყველაზე... ამ სიტყვის ან მისი სინონიმების გამოყენება ხშირად მომიწევს, რადგანაც საუბარი-ფთორზეა.

2.პერიოდული სისტემის პოლუსზე

 ფთორი მიეკუთვნება  VII A ჯგუფს-ჰალოგენების ოაჯხას, რომელშიც შედიან აგრეთვე: ქლორი(Cl), ბრომი(Br), იოდი(I) და ხელოვნურად მიღებული, რადიოაქტიური ასტატი(At).

ფთორი	F2	F-F
ქლორი	Cl2	Cl-Cl
ბრომი	Br2	Br-Br
იოდი	I2	I-I

ეს ელემენტები მეტალებთან უშუალოდ ურთიერთქმედებისას წარმოქმიან მარილებს, ამიტომ უწოდეს მათ ჰალოგენები, რაც ბერძნულად „მარილწარმომქმნელს“ ნიშნავს.

ჰალოგენების ატომის გარე  ენერგეტიკულ დონეზე შვიდი ელექტრონია. მათი გარე შრის კონფიგურაციაა: ns²np⁵. კონკრეტულად ფთორისთვის კი:2s^s2p⁶. ისინი ადვილად იერთებენ ერთ ელექტრონს და ავლენენ -1-ის ტოლ ჟანგვის რიცხვს, უფრო ელექტროუარყოფით ელემენტებთნ კი დადებით ჟანგვის რიცხვებს:+1, +3, +5, +7. ფთორი გამონაკლისია.      

                            

თუ დავაკვირდებით F-ისა და Cl-ის ელექტრონულ-გრაფიკულ  ფორმულებს ადვილად შევამჩნევთ, რომ ფთორს ქლორისაგან (ასევე სხვა ჰალოგენებისაგანაც) განსხვავებით გარე ენერგეტიკულ დონეზე არ აქვს თავისუგფალი d ორბიტალები და ელექტრონული წყვლების გათიშვით ვალენტური შესაძლებლობების გაზრდის უნარი. ამიტომ ფთორი ნაერთებში ავლენს მხოლოდ -1_ის ტოლ ჟანგვის რიცხვს(გარდა F₂-ისა):

                                      OF₂^-1, O₂F₂^-1, HF^-1, NaF^-1, CaF₂^-1, AlF₃^-1…

 ენერგეტიკულ დონეზე  მას (ისევე,როგორც სხვა ჰალოგენების წარმომადგენლებს) შვიდი ელექტრონი აქვს. ე.ი მდდგრადი კონფიგურაციის ანუ რვაელექტრონიანი ოქტეტის მისაღებად მას ერთი ელექტრონი აკლია,ამიტომ მისი სწრაფვა ელექტრონისადმი დიდია. დიდია აგრეთვე მისი  ელექტროუარყოფითობა, რის გამოც ადვილად წარმოქმნისუარყოფით ფთორიდ იონს( F^- ).ელექტრონებისადმი დიდი სწრაფვის გამო ის შედის რეაქციაში განსაკუთრებით ტუტე მეტალებთან, რომლებთანაც ტიპიურ მარილებს წარმოქმნის. ფთორი ძლიერ აქტიური ელემენტია. ის აქტიურია ყველა არსებულ ელემენტზე.

მისი მოლეკულა ორატომიანია: F₂

ბმა არაპოლარულ კოვალენტური

ჰალოგენებში ბმის ენერგია ატომური ნომრის ზრდასთან ერთდ თანდათან მცირდება. ფთორი გამონაკლისია, სადაც ის ანომალიურად მცირდება.

	ჰალოგენი	ბმის ენერგია კჯ/მოლი
	F2	151
	Cl2	239
	Br2	192
	I2	149

    სავარაუდოდ ეს განპირობებული უნდა იყოს იმით, რომ სხვა ჰალოგენებს გააჩნიათ-თავისუფალი d ორბიტალები, რის ხარჯზეც, შეუძლიათ დამატებითი ბმების განხორციელება(დონორულ-აქცეპტორული მექანიზმით), ფთორს კი არა.

ფთორი აძევებს ნაერთებიდან ქლორს და მის მომდევნო ჰალოგენებს:

F₂+2NaCl 2NaF+Cl₂

F₂+2NaBr 2NaF+Br₂

F₂+2NaI 2NaF+I₂

არა მარტო ხსნარებსა და მყარ მდგომარეობაში, არამედ აირებშიც, ფთორი აძევებს ნაერთებიდან სხვა ჰალოგენებს.

F₂+2HCl 2HF+Cl₂

 რაც იმით აიხსნება, რომ ჰალოგენების ჯგუფში ელეტრონისადმი სწრაფვა მცირდება, რაც იწვევს ელექტროუარყოფითობის შემცირებას.

 ჰალოგენნაერთებიც განსხვავებულ თვისებებს იჩენენ. ფთორწყალბადმჟავა ბევრად უფრო სუსტია ვიდრე სხვა ჰალოგენწყალბადმჟავები. ის იძლევა MeHF₂ -ტიპის მჟავა მარილებს(ბიფთორიდებს),დანარჩენი კი მხოლოდ საშუალოს.

ტუტე მეტალების ქლორიდები, ბრომიდები და იოდები კარგად იხსნებიან წყალში, ფთორიდები კი ნაკლებად ხსნადია.

 ვერცხლის ქლორიდი, ბრომიდი და იოდიდი უხსნადია წყალში, ფთორიდი კი-კარგადხსნადი. 

ანალიზურ ქიმიაში Cl^-, Br^- და I^-   იონების აღმომჩენ  რეაქტივებად იყენებენ AgNO₃-ს.

Cl^-+Ag⁺ AgCl   თეთრი

Br^--+Ag⁺ AgBr   მოყვითალო

I^-+ Ag⁺ AgI   ყვითელი

მაგარმ ფთორი აქაც განსხვავებულია: AgF-ხსნადი მარილია, ამიტომ F^-   იონების აღმომჩენ რეაქტივად ითვლება Ca²⁺ იონების შემცვლელი ხსნადი მარილი:

2F^- + Ca²⁺ CaF₂

ფთორი, ფთორწყალბადმჟავა და მისი მარილები ძლიერი საწამლავია, ამიტომ მათთან მუშაობისას დიდი სიფრთხილეა საჭირო.  

იზოტოპური შედგენილობა

ფთორი მიეკუთვნება „წმინდა“ ელემენტებს, რადგანც ბუნებაში არსებობს მხოლოდ ერთი სტაბილური იზოტოპის F -ის სახით.

ფთორი თუ ფლუორი

 სახელმწიფო ფთორი (ძვ. ბერძ.φθόρος-დანგრევა,განადგურება), ვფიქრობ ამ ელემენტისთვის საოცრად შესაბამისი სახელწოდებაა. ეს სახელწოდება გამოიყენება საქართველოში და რამდენიმე სხვა ქვეყანაში. ბევრ ქვეყანში მიღბულია სახელწოდება, რომელიც ლათინური “fluorum”-დანაა წარმოებული. ის კი თავის მხრივ მომდინარეობს ფთორის ნაერთის ფლუორიტის (CaF₂) თვისებიდან. ის დაბლა სწევს მადნის დნობის ტემპერატურას და ზრდის მის დენადობას. 

ამ სახელწოდებამ იმდენად გაიდგა ფესვები მეცნიერთა გონებაში ,რომ 1816 წელს ლოგიკირად გამართლებულმა იდეამ შეცვალათ მისი სახელწოდება, ვერ მოიპოვა მხარდაჭერა-ამ იდეის ავტორები იყვნენ არა ვინმე, არამედ იმ დროის უდიდესი მეცნიერები ანდრე მარი ამპერი და ჰემფრი დეივი.

                                                                                                               

მოლეკულური ორბიტალების მეთოდი(მომ) ფთორის მოლეკულისთვის

 კოვალენტური ნაერთებისთვის, ვალენტური ბმების თეორია იძლევა მრავალი მოლეკულის სტრუქტურის თეორიული დასაბუთებისა და მათი თვისებების განსაზღვრის საშუალებას. შეგახსენებთ, რომ ამ თეორიის თანახმად, კოვალენტური ქიმიური ბმის წარმოქმნა, შესაძლებელია მხოლოდ ატომთა შორის საერთო ელექტრონული წყვილის მეშვეობით.მიუხედავად ვალენტური ბმების რიგი დადებითი მხარეებისა, ის ვერ ხსნის ზოგიერთ საკითხს, მაგლითად:

1. H₂⁺, He₂⁺ და მათი მსგავსი მოლეკულური იონების წარმოქმნას, ვინაიდან ვალენტური ბმების თეორია  არ ითავლისწინებს ატომთა შორის ერთელექტრონიან ბმას.

2.ინერტულ აირთა შენაერთების(KrF₄, XeF₆ და ა.შ) წარმოქმნას და სხვ.

 შესაბამისად უნდა შექმნილიყო ატომისაგან მოლეკულაში ბმების წარმოქმნის მექანიზმის უფრო ღრმა ანალიზი, რის შედეგადაც შეიქმნა მოლეკულური ორბიტალების მეთოდი.

მომ-ში გამოიყოფა მაკავშირებელი და გამთიშველი ორბიტალები.

მომ-ში ბმის ჯერადობის მაგივრად, გამოიყენება ბმის რიგი:

ბმის რიგი=  e_მაკ.-  e_{გამთ.}/2  (1)

  განვიხილოთ F-ის ატომებიდან მოლეკულის წარმოქმნა:

F(1S²2S²2P⁵) წარმოქმნის მოლეკულას რომელშიც ბმის რიგი ერთის ტოლია:

n=8-6/2=1

 

2.გავრცელბა ბუნებაში

როგორც უკვე ვახსენე, ფთორი ყველაზე რეაქციისუნარიანი ელემენტია, რაც უნდა გვაფიქრებინებდეს, რომ ის ბუნებაში არა თვისუფალი, არამედ ნაერთების სახითაა გავრცელებული.

 ფთორი განსაკუთრებულ სწრაფვას, კალციუმისა და ალუმინის მიმართ იჩენს. ამიტომ ის ბუნებაში უმთავრესად გვხდება CaF₂(ფლუორიტი) და იშვიათად  Na₃AlF₆(კრიოლითის) სახით.

 

    ფლუორიტი                  ფტორაპატიტი                       კრიოლითი

       CaF₂                                           3Ca₃(PO₄)₂ .   CaF₂                      Na₃AlF₆

მლღობი შპიტის სახელწოდება განაპირობა იმან,რომ  მას ხშირად უმატებენ რკინის მადანს, თუჯის გამოდნობისას ადვილადლღობადი წიდის წარმოსაქმნელად. ის გვხდება უფერო ან მინარევებით შეფერილ კუბური კრისტალების სახით. წყალში და სუსტ მჯვებში ის თითქმის არ იხსნება.

გარდა მეტალურგიისა ის გამოიყენება პოულობს მინის მინანქრის, ჭიქურის წარმოებაში, ფთორიდებისა და მლღობი მჟავას (HF) მისაღებად.

მცირე რაოდენობით ფთორი შედის ადამიანისა და ცხოველების ძვლოვან შემადგენლობაში, განსაკუთრებით კბილების მინანქარში და ამით კბილის ძვლოვან ქსოვილს დიდ სიამგრეს ანიჭებს. მცენარეთა ორგანიზმებში ფთორი ჩვეულებრივ არ გროვდება.

3.ფთორის მიღების ისტორია

 ფთორის პირველი ნაერთი, რომელიც ადამიანმა აღწერა XV  საუკუნეში, იყო ფლუორიტი(CaF₂ ) .  

1771 წელს ცნობილმა შვედმა ქიმიკოსმა კარლ ვილჰელმ შეელემ აღმოაჩინა მლღობი მჟავა-ფთორწყალბადის წყალხსნატი. 1780 წელს კი მანვე გამოთქვა მოსაზრება, რომ ეს მჟავა ახალ, ძალზე აქტიურ ელემენტს უნდა შეიცავდეს, მაგარმ იმისათვის,რომ მეცნიერებს დამტკიცებინათ შეელეს მოსაზრება და გამოეყოთ ფთორი თავისუფალი სახით 100 წელზე მეტი დასჭირდათ.      

დღეს ჩვენ ვიცით, რომ ფთორი ძალიან ტოკსიკურია, რომ მუშაობა მასთან და მის ნაერთებთან განსაკუთრებით საჭიროებს უსაფრთხოების წესების დაცვას.სავარაუდოდ ამის შესახებ ფთორის პირველაღმომჩენებმა არაფერი იცოდნენ, რამაც მათ სავალალო შედეგები მოუტანა.  ინგლისელი ქიმისკოსები, ძმები თომას და გეორგ ნოკსები ცდილობდნენ ფთორის მიღებას ვერცხლისა და ტყვიის ფთორიდებიდან. ცდები ტრაგიკულად დამთავრდა-გეორგ ნოკსი დახეიბრდა, თომასი კი გარდაიცვალა. იგივე ბედი ეწიათ დ. ნიკელსს და პ.ლაიეტს XIX საუკუნის გამოჩენილმა ქიმიკოსმა ჰემფრი დეივიმ, მჟვების წყალბადური თეორიის ავტორმა, ადამიანმა, რომელმაც პირველმა გამოყო თავისუფალი სახით ნატრიუმი, კალიუმი, კალციუმი, მაგნიუმი, სტრონციუმი და ბარიუმი(აქედან-Na, K, Ca-ისა და Mg-ის აღმომჩენიცაა), ადამიანმა რომელმაც  მიიღო ქლორი მარილმჟავას(HCl) პიროლუზიტით  (MnO₂) დაჟანგვისას   გადაწყვიტა ყველაფერი  ის გამანადგურებელი ელემენტის მიღების პრობლემა-ცდების ჩატარებისას ის მოიწამლა და მძიმედ დაავდდა. ჟ.გეილიესგმა და ლ.ტენარმა დაკარგეს ჯამრთელობა ისე, რომ მცირეოდენ შედეგებსაც ვერ მიაღწიეს.

 შედარებით იღბლიანები აღმოჩდნენ ა. ლ. ლავუაზიე, მ.ფარადეი და ე.ფერმი. ისინი ფთორმა „დაინდო“, მაგრამ ვერც მათ მიაღწიეს დამაიმედებელ შედეგს.

1834 წელს ფარადეის ეგონა, რომ მან ბოლოს და ბოლოს შეძლო შეუპყრობელი აირის მიღება, მაგარმ მალე ის იძულებული გახდა ეღიარებინა:“მე ვერ შევძელი მიმეღო ფთორი.  ჩემი მოსაზრებები     დაქვემდებარებულ მკაცრ  ანალიზს, ერთი მეორის მიყოლებით ეთიშებოდნენ ასპარეზსს...“ 50 წლის განმავლობაში მეცნიერების ეს  გიგანტი ცდილობდა გადაეწყვიტა ფთორის მიღების პრობლემა, მაგრამ მაინც ვერ შეძლო მისი დაძლევა...

ყოველი ახალი ექსპერიმენტი,უიღბლოც კი ავსებდა ყულაბას საოცარ ელემენტზე და აახლოებდა მისი აღმოჩენის დღეს და ეს დღეც დადგა.                 

  1886 წლის 26 ივნისს ფრანგმა ქიმიკოსმა ანრი მუასანმა ჩაატარა უწყლო       HF-ის ელექტროლიზი. მან ანოდზე მიიღო ახალი, ძალზე აქტიური, ძალზე რეაქციისუნარიანი აირისებრი ნივთიერება. ეს იყო ფთორი!

თავისი აღმოჩენის შესახებ მუასანმა შეატყობინა პარიზის აკადემიას. მომენტალურად შეიქმნა კომისია, რომელიც რამოდენიმე დღეში უნდა მისულიყო მუასანის ლაბორატორიაში, რადგან ყველაფერი თავისი თავლით ენახათ.

მოასანი განსაკუთრებით მოემზადა განმეორებითი ექსპერიმენტის ჩასატარებლად. მან ფთორწყალბადი გულდასმით გაწმინდა. სავარაუდოდ ცდილობდა, რომ თავიდან აეცილებინა გაუთვალისწინებელ მინარევს ხელი არ შეეშალა ექსპერიმენტისთვის, მაგარმ მოსულმა კომისიამ ვერ დაინახა ფთორი. ცდა არ განმეორდა. ელექტროლიზი ახალი აირისებრი ნივთიერების გამოყოფით არ შეიმჩნეოდა! სკანდალი?!

 მაგარ მოასანმა შეძლო მიზეზის ახსნა, აღმოჩნდა, რომ KF-ის მცირე რაოდენობაც კი საკმარისია, რომ HF-მა დენი გაატაროს. პირველ ცდაში გამოყენებული HF შეიცავდა KF-ს, მეორე ცდაში კი დამატებითი გაწმენდისას მოასანმა მისდა უნებურად მოაცილა ის, რის გამოც HF-მა დენი ვერ გაატარა, შესაბამისად ელექტროლიზი ფთორის გამოყოფით არ წარიმართებოდა.

და მაინც იღბალი თან სდევდა მუასანს. მან მალევე მიაგნო იაფ და საიმედო ნივთიერებას აპარატისთვის, რომელშიც მიიღებდა ფთორს. ეს ამოცანა არა ნაკლებ რთული აღმოჩნდა, ვინემ თავად  ფთორის მიღება. ფთორწყალბადი და განსაკუთრებით ფთორი ანადგურებდნენ ყველანაირ აპარატურას. ფთორის პირველი გრამები მოასანმა მიიღო პლატინის ელექტროლიზში, რომლის ელექტროდები დამზადებული იყო პლატინა-ირიდიუმის შენადნობისაგან. მიუხედავად იმისა, რომ ცდა დაბალ ტემპერატურაზე ტადება, ყოველი გრამი ფთორისა „ანადგურებდა“ 5-6 გრამ პლატინას.

პლატინის ჭურჭელი მოასანმა შეცვალა სპილენძით. მართალია სპილენძიც ურთიერთქმედებს ფთოერთან, მაგარმ როგორც ალუმინი იცავს თავს ჰაერისაგან ალუმინის ოქსიდის ფენით, ასევე  სპილენძი ფთორისაგან-სპილენძის ფთორიდით, რომელიც მათი ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება.

დღეისათვის ჩენ ვიცით, რომ ფთორი უკვლებლივ ყველა ნაერთში  უარყოფითი მუხტის მქონეა, ამიტომ მის მისაღებად მისი ანიონისგან ელექტრონების წართმევა ანუ მისი დაჟანგვაა საჭირო. ვინაიდან ფთორის ელექტროუარყოფითობა მაქსიმალურია, ამიტომ მისი თავისუფალი  სახით მიღების ერთადერთი პრაქტიკული მეთოდი არის ელექტროლიზი. 1919 წლიდან ელექტროლიტად იყენებენ ბიფთორიდის ნალღობებს. ყველაზე გავრცელებულია KHF₂ (KF-ის უწყლო HF-თან წარმოქმნის მარილს KHF₂  -კალიუმის ჰიდროგენფთორიდს).

  ნაჩვენები ელექტროლიზერი წარმოადგენს სპილენძის ან ნიკელის ჭურჭელს, რომელიც კათოდის როლს ასრულებს(1). ანოდად იხმარება გრაფიტის ელექტროდი (2), რომლის ირგვლივ სპილენძის დასვრეტილი დიაფრაგმაა მოთავსებული. დიაფრაგმა საჭიროა იმისთვის,რომ ავიცილოთ წყალბადისა და ფთორის შერევა. ვფიქრობ, ყოელივე ეს საჭიროა იმ აფეთქების თავიდან ასაცილებლად, რომელიც მოჰყვება ფთორისა და წყალბადის ურთიერთქმედებას, ამიტომ წყალბადი გამოიყოფა მილიდან 3, ხოლო ფთორი მილიდან 4.

2KHF₂ H₂+F₂+2KF

1986 წელს ფთორის აღმოჩენიდან 100 წლისთავისადმი მიძღვნილ კონფერენციაზე წარმოადგინეს ფთორის მიღების „წმინდა“ ქიმიური მეთოდი:

                  

მიუხედავად იმისა, რომ ამ რეაქციას პრაქტიკული გამოყენება არ გააჩნია ის გვიჩვენებს, რომ ფთორის მიღება ელექტროლიზის გარეშეც შეიძლება. თუმცა ელექტროლიზი დღემდე რჩება ფთორის მიღების პრაქტიკულად ერთადერთ მთოდად. ის რომ ელექტროლიტად იყენებვენ კალიუმის ბიფთორიდს, თანამედეროვე ელექტროლიზერებსა და ელექტროდებს ამზადებენ სპილენძის, ნიკელისა და გრაფიტისაგან მნიშვნელოვნად შეამცირა დანახარჯები ფთორის წარმოებაზე. შესაბამისად უნდა გაზრდილიყო მისი წარმოება. ასეც მოხდა, მისი წარმოების სამრეწველო მასშატბები ძალიან გაიზარდა. ფთორის მიღების პრინციპი კი მაინც იგივე დარჩა, რაც შემოგვთავაზა დეივიმ და ფარადეიმ და პირველად განახორციელა მოასანმა.

4.ფიზიკური თვისებები

ფთორი ღია ყვითელი ფერის მომწამლავი აირია. აქვს მკვეთრი სუნი. სხვა ჰალოგენები მცირედ იხსნებიან წყალში. ფთორი გამონაკლისია-ის შლის წყალს. მისი ჩასუნთქვა ძლიერ საზიანოა ორგანიზმისთვის. ის ჰაერზე უფრო მძიმეა. (D_{ჰაერი}(F₂)=38/29 1,31)

5.ქიმიური თვისებები

 ფთორი ტიპიური არამეტალების წარმომადგენელია. ახასიათებს ყველაზე მაღალი ელექტროუარყოფითობა. ყველაზე ძლიერი ქიმიური მჟანგავია.ურთიერთქმედებს როგორც მეტალებთნ,  ასევე არამეტალებთან.

ქიმიურად ძალიან აქტიური ელემეტია, რაც განპირობებული უნდა იყოს ფთორის ატომებს შორის არსებული სუსტი კოვალენტური ბმით.სხვა ჰალოგენებისაგან განსხვავებით კპვალენტური ბმის არამდგრადობა გამოწვეულია ფთორის ატომის რადიუსის სიმცირით-მცირე რადიუსის გამო ფთორის ატომის გაწყბილებული ელექტრონები ერთამანეთს განიზიდავს, რაც ამცირებს კოვალენტური ბმის მდგრადობას. ფთორი რეაქციაში შედის ყველა ელემენტთან ჟანგბადისა და აზოტის გარდა. იგი ერთადერთი ელემეტია, რომელიც რეაციაში შედის ინერტულ აირებთან, მაგალითად, ფთორი რეაქციაში შედის ქსენონთნ და წარმოქმნის დი-, ტეტრა-  და ჰექსაფთორიდებს.

Xe+F₂ XeF₂                        Xe+2F₂ XeF₄                              Xe+3F₂ XeF₆

ფთორი წყალბადს სიბნელეშიც კი აფეთქებით უერთდება:

H₂+F₂ 2HF

ეს რეაქცია ძლიერი აფეთქებით მიდის ისეთ დაბალ ტემპერატურაზე, როდესაც წყალბადი თხევადია და ფთორი-მყარი. ამ დრს გამოიყოფა დიდი რაოდენობით ენერგია და ალის ტემპერატურა 3700 -ს აღწევს(შესადარებლად-ჟანგბადში აცეტილენის წვისას ალის ტემპერატურა 3150 ).

ფთორი ტუტე მეატლებს ალის წარმოქმნით უერთდება:

2Na+ F₂ 2NaF

2K+ F₂ 2KF

 ალის წარმოქმნით უერთდება აგრეთვე Si, P, S  

Si+ 2F₂ SiF₄                           2P+5F₂ 2PF₆                              S+3F₂ SF₆

 ენერგიულად უერთდება ფთორი, ბორს, დარიშხანს, ხის ნახშირს:

2B+3F₂ 2BF₃              As+3F₂ 2AsF₃                C+2F₂ CF₄

გაცხელებისას ურთერთქმედებს თუთიასთნ, ალუმინთან:

Zn+F₂ ZnF₂                2Al+3F₂ 2AlF₃

მაღალ ტენპერატურაზე:ოქროსთან და პალტინასთან:

2Au+F₂ 2AlF₃

 ზოგიერთ მეტალს, მაგალითად, Cu,Ni, Mg-ს გადაეკვრება ფთორიდის აფსკი, რომელიც იცავს მეტალს ფთორის შემდგომი მოქმედებისგან.

მრავალი ნაერთი იშლება ფთორის მოქმედებით. მინა  (კვარცი) და წყალი.

SiO₂+2F₂- SiF₄ +O₂

2F₂+2H₂O 4HF+O₂

ფთორის არეში წყალი იწვის. მართლც, გასაოცარი შემთქხვევა არ არის? ჟნგბადი არა წვის მიზეზი, არამედ მისი შედეგია.

ფთორის წყალთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნილი   O ხელს უნდა უწყობდესთანაური პროდუქტის წარმოქმნას.

2O O₂          3O O₃            H₂O+O H₂O₂         O+F₂ OF₂

6.ფთორწყალბადი

 ფთორი წყალბადთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნის უფერო აირს-ფთორწყალბადს.( HF) ის ჰაერზე მსუბუქია,ადვილად თხევადდება 20 -ზე. თხევადი ფთრწყალბადი სხვა ჰალოგენ წყალბადებისგან განსხვავებით, ასოცირეულია წყალბადური ბმებით:

H-F… H-F… H-F… H-F…

თხევადი ფთორწყალბადი წყალში იხსენბა ნებისმიერი რაოდენობით და წარმოქმნის ფთორწყალბადმჟავას, რომელსაც მლღობი მჟავაც ეწოდება.

ფთორწყალბადმჟავა სხვა ჰალოგენწყალბადმჟავებისაგან განსხვავებით საშუალო სიძლიერის მჟავაა, რაც იმით უნდა იყოს განპირობებული, რომ წყალბადის იონიზაციას აფერხებს მათ შორის არსებული წყალბადური ბმები:

H H⁺+F^-

ფთორყალბადი ლაბორატორიაში მიიღება ფლუორიტზე კონცენტრირებული გოგირდმჟავას მოქმედებით ;

CaF₂+H₂SO₄ Ca SO₄+2HF

ამ რეაქციას ატარებენ პლატინის ან ტყვიის ჭურჭელში. სავარაუდოდ ეს განპირობებული უნდა იყოს იმით, რომ მინის ჭურჭელს HF_შლის.

SiO₂+4HF SiF₄+2H₂O

უწყლო  HF დენს თითქმის არ ატარებს. მაშში გახსნილი წყალი, მარილები და ირგანული ნაერთები კი კარგად ატარებენ დენს, რასაც განაპირობებს HF-ის ელექტრონული დისოციაცია.

2HF+ H₂O H₃O ⁺+HF₂

HF+KNO₃ HNO₃+K⁺+F^-

უწყლო HF არასეპტიკურია. ის სრულებით არ მოქმედებს ლითონზე. მისი ქიმიური თვისებები არსებითად არის დამოკიდებული მასში წყლის შემცველობაზე. ოქსიდებთან უწყლო HF-ი თითქმის არ რეაგირებს, მაგრამ თუ რეაქცია დაიწყო, ის ავტომატიურად აჩქარდება, რეაქციის დროს წარმოქმნილი წყლის ხარჯზე, რომელიც კატალიზურად მოქმედებს მსგავს რეაქციებზე. ამ ტიპის რეაქცციებს ავტოკატალიზური ეწოდება.

 HF-ის წყალხსნარი ენერგიულად შედის რეაქციაში თითქმის ყველა მეტალთან, გარდა Au-ისა და Pt-ისა. მისი დისოციაციის ხარისხი 8%-ია, მაშინ როდესაც იმავე კონცენტრაციის დანარჩენი ჰალოგენწყალბადმჟავების დისოციაციის ხარისხი 92-95%-ია.

ფთორის სწრაფვა სილიციუმისადმი იმდენად დიდია, რომ სილიციუმის ნაერთებზე, მაგალითად, თხევად მინაზე მოქმედებისას ფთორი უერთდება სილიციუმის აქროლადი სილიციუმის ტეტრსფთორიდის  წარმოქმნით:

Na₂SiO₃+6HF SiF₄ +2NaF+3H₂O

ამის გამო მინა ფთორწყალბადმჟავასთან შეხებისას იშლება. ამაზეა აგებული მინის ზედაპირზე გრავირება ანუ დეკორატიული მინის წარმოება. ალბათ, სწორედ ამიტომ ინახავენ ფთორწყალბადმჟავას პოლიეთილენის და არა მინის ჭურჭელში.

 ფთორყალბადმჟავას მარილებს ფთორიდები ეწოდებათ. მათგან დიდი მნიშვნელობა მოიპოვა ნატრიუმის ფთორიდმა-NaF. ტექნიკური- NaF მიიღება კრიოლითის შელღობით მწვავე ნატრიუმთან.

Na₃AlF₆+6NaOH Na₃AlO₃+3H₂O+6NaF

7.ფთორის ოქსიდები

 ფთორის ოქსიდები მისი ჟანგბადთან უშუალო ურთიერთქმედებით არ მიიღებიან. მათ არაპირდაპირი გზით იღებენ.

 ფთორი წარმოქმნის ორ ჟანგბად ნაერთს: OF₂-ს ჟანგბადის დიფთორიდს და O₂F₂ -ის დიოქსიდის დიფთორიდს. შეიძლება გაგიჩნდეთ კითხვა-რატომ ჰქვია და იწერება OF₂  -ს ჟანგბადის ფთორიდი და არა ფთორის ოქსიდი? ვფიქრობ, რომ ეს განპირობებულია იმით, რომ ყველა ნაერთიო იყოფა პირობითად ორ ნაწილად-ელექტროდადებით და ელექტროუარყოფით ნაწილებად. მათი ნომენკლატურა ეფუძნება შემდეგ პრინციპს:ჯერ დასახელდეს ელექტროდადებითი ნაწილი, ფრჩხილებში მიეწეროს ჟანგვის რიცხვი (თუ ცვალებადია), შემდეგ ელექტროუარყოფითი და დაერთოს -იდ სუფიქსი. დაწერის დროსაც იგივე პრინციპი მოქმედებს.

O⁺²F₂^-1    ჟანგბადის (+2) ფთორიდი

O₂⁺¹F₂^-1 ჟანგბადის (+1) ფთორიდი

   ჟანგბადის(+2) ფთორიდი მიიღება ნატრიუმის ტუტუის განზავებულ ხსნარზე ფთორის მოქმედებით          

2NaOH+2F₂ 2NaF+OF₂+H₂O

 

OF₂ -ი უფერო, დამახასიათებელი სუნის მქონე აირია. გათხევადებისას აქვს ყვითელი ფერი. ის საკმაოდ მდგრადი ნაერთია.

   O₂F₂ -ი ადვილად იშლება შესაბამის მარტივ ნივთიერებებად. საკმაოდ არამდგრადია, მდგრადობას იჩენს მხოლოდ 97  -ზე ქვემოთ.

   ეს ნაერთები არ წარმოადგენენ შესაბამის მჟავათა ანჰიდრიდებს და შესაბამისად არ იძლევიან მჟავებსა და მარილებს.

8.ფთორის გამოყენება

                                              აირად იზოლატორად SF₆

ბირთვულ მრეწველობაში UF₆                                                                                  გრავიურაში  HF

 

   (ტეფლონები)                                             F₂                                           კბილის პასტებში

ფთორთფლასტები                                                                                    NaF, KF

 (-CF₂-CF₂ -)n

 

მეტალურგიაში ალუმინის მისაღებად                                       დეკორატიული მინის წარმოებაში

  Na₃AlF₆                                                                                                                                                              HF 

 

                                               გამაცივებელ აგენტებად(ფრეონები)

                                                          CFCl₃          CF₂Cl₂

 9.ექსპერიმენტი-ფთორი კარიესის მტერი

  ფთორის ნაერთების გამოყენების მნიშვნელოვანი წილი, მოდის მათ გამოყენებაზე კარიესის სააწინააღმდეგო კბილის პასტების წარმოებაში. კარიესი კი, ჩენს ყოფაში საკმაოდ აქტუალური თემაა. ჯანმრთელი კბილები-ხომ ჯანმრთელი და სრულფასოვანი ცხოვრების უმნიშვენელოვანმესი ფაქტორია.იმისთვის, რომ გვქონდეს ჯანმრთელი კბილები ერთ-ერთი ძირითდი პირობაა, პირის ღრუს ჰიგიენის დაცვა და პირველ რიგში კბილების ყოველდღიურად, მინიმუმ 2-3_ჯერ გაწმენდა. ამ მიზნით გამოიყენება: კბილის ჯაგრისი, კბილის ჯაგრისის ძაფები(ე.წ. ფლოსი), კბილის პასტები და საღეჭი რეზინები. მათ შორის კი ძირითადია კბილის პასტა და ჯაგრისი. 

  ჩვეულებრივ, რეკლამებში ამტკიცებენ, რომ კბილის პასტა იცავს კბილებს მჟავების (ძირითადად რძემჟავა) მოქმედებისაგან. ვინადიან, კბილებზე ექსპერიმენტის ჩატარება შეუძლებელია, რეკლამის სპეციალისტები მეტი დამაჯერებლობისათვის მიმართავენ კვერცხის ნაჭუჭზე ჩატარებულ ცდებს.

  მსგავსი ექსპერიმენტის რეალურად განხორციელბა და ცდის შედეგებში დარწმუნება არ არის რთული. ჩევნ ექსპერიმენტულად გამოვიკვლიეთ, რამდენად განსხვავდებოდა ფთორიანი პასტებით (სხვადასხვა ფირმის) დამუშვაბულ კვერცხის ნაჭუჭზე მჟავას მოქმედება, საკონტროლო კვერცხის ნაჭუჭზე მჟავას მოქმედებისაგან, ცხადია, საკონტროლო კვერცხი არ იყო დამუშავებული კბილის პასტით.

  ჩენი მიზანი იყო, რეკლამირებული ფთორიანი კბილის პასტების დამცავი თვისებების გამოკვლევა. შეგვიძლია გამოვთქვათ ჰიპოთეზა, რომ თუ კვერცხის ნაჭუჭს დამავამუშავებთ ფთორიანი კბილის პასტით, მაშინ მჟავას მოქმედება მასზე ნაკლებად უნდა აისახოს.

   დავიწყოთ სულ თავიდან, პირის ღრუში უამრავი ბაქტერია სახლობს, რომლებიც, ჩვეულებრივ, არავითარ ზიანს არ აყენებენ  ადამიანს. კარიესი არის ღრმული, როემლიც კბილის მგარი ქსოველის დაშლის შედეგად ვითარდება. კარიესის განვითარებას მნიშვნელოვან წილად ხელს უწყობს ისეთი საკვების ჭარბად მიღება, როემლიც  დიდი რაოდენობით ნახშირწყლებს შეიცავს. ეს ეხება არა მხოლოდ შაქარსა და კარამელს, არეამედ პურს, ნამცხვარს და სხვა ნახშირწყელების შემცველ საკვებს. ეს შეიძლება აიხსნას იმით, რომ გლუკოზა(C₆H₁₂O₆), როემლიც ყველა ტკბილეულშია და როემლიც წარმოიქმნება საქაროზას(C₁₂H₂₂O₁₁) ან სახამებლის [(C₆H₁₀O₅)n] ჰიდროლიზის შედეგად, განიცდის რძემჟავურ დუღილს:

(C₆H₁₀O₅)n+nH₂O n C₆H₁₂O₆

C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O  C₆H₁₂O₆+ C₆H₁₂O₆

C₆H₁₂O₆ CH₃-CHOH-COOH

  სწორედ რძემჟავა შლის კბილის ემალს. კბილის ძვლოვანი ქსოვილის_დენტინის, ისევე როგორც კვერცხის ნაჭუჭის შემადგენლობაში შედის წყალში უხსნადი კალციუმისა და მაგნიუმის კარბონატები. მჟავას მოქმედებისას კარბონატებზე მიმდინარეობს ქიმიური რეაქცია, რომლის დროსაც წარმოიქმნება ხსნადი მარილები, ე. ი. ხდება კბილის ემალის დაშლა:

CaCO₃+2H⁺ Ca²⁺+H₂O+CO₂

CaCO₃+2CH₃COOH (CH₃COOH)₂Ca+H₂O+CO₂

  თავისი შედგენილობით კბილის ემალი მიეკუთვნება ფუძე მარილებს. ყველა ფუძე მარილი კარაგდ იხსენბა მჟავაში, ისეთ სუსტ მჟავაშიც კი როგორიცაა ვაშლისა და ლიმონმჟავა. კბილის პასტაში შემავალი ფთორიდიონი ჩაანაცვლებს კბილის ემალში OH ჯგუფს:

Ca₅(PO₄)₃(OH)+Na₂PO₃F Ca₅(PO4)₃F+Na₂(PO₃)(OH)

 ამ ექსპერიმენტის ჩასატარებლად ავიღე სამი ქათმის კვერცხი, რომელთაგან ორი დავამუშავე ფთორიანი კბილის პასტით. ერთი Colgate-ით, ხოლო მეორე blend-a-med-ით. მესამე კვერცხი იყო საკონტროლო და შესაბამისად კბილის პასტით დაუმუშავებელი. დამუშავებული და საკონტროლო კვერცხები მოვათავსე ქიმიურ ჭიქაში, როემლშიც ესხა ძმარმჟავა. გარკვეული დროის შემდეგ ამოვიღე ძმარმჟავადან.

  ესპერიმენტმა აჩვენა, რომ ფთორიანი კბილის პასტით დამუშავებული კვერცხები ერთმანეთისაგან დიდად არ განსხვადებოდნენ-მათი ზედაპირი გახდა გლუვი, რელიეფური ხაზები და ნახევრადგამჭვირვალე ლაქები მათ არ გაუჩნდათ. დაუმუშავებელ კვერცხს გაუჩნდა რელიეფური ხაზები და ნახევრადგამჭვირვალე ლაქები.

   ამ ექსპერიმენტით დადასტურდა ზემოთ გამოთქმული ჰიპოთეზა, რომ ფთორიანმა კბილის პასტამ დაიცვა კვერცხის ნაჭუჭიო მჟავას მოქმედებისაგან (ექსპერიმენტის ამსახველი ფოტოები იხილეთ დანართი #1-ში)  

დანართი #1

 

გამოყენებული რეაქტივები და ლაბორატორიული ჭურჭელი

Colgate-ით და Blend-a-med-ით დამუშავებული და საკონტროლო კვერცხები ძმარმჟავაში

 Colgate-ით და Blend-a-med-ით დამუშავებული და საკონტროლო კვერცხები ძმარმჟავაში 10 წუთის შემდეგ

   

Blend-a-med-ით დამუშავებული კვერცხი, ძმარმჟავადან ამოღების შემდეგ

   

Colgate-ით დამუშავებული კვერცხი, ძმარმჟავადან ამოღების შემდეგ

 

 საკონტროლო კვერცხი, ძამარმჟავადან ამოღების შემდეგ

გამოყენებული ლიტერატურა:

   1.    გ.ანდრონიკაშვილი  მ.მამიაშვილი  დ.გულაია 2012 წელი;

   2.    ვ.კოკოჩაშვილი  ნ.ფირცხალავა „არაორგანული ქიმიის კურსი“ 1986 წელი; 

   3.    ს.ადამია „ქიმია-გაღრმავებული კურსი“;

   4.     ო.გაბრიჩიძე  ლ.თევზაძე „ზოგადი და არაორგანული ქიმია“ 2003 წელი;

   5.    მ.ვარდიაშვილი  ს.ადამია „ქიმია X კლასი“ 2006 წელი; 

   6.    ინტერნეტ საიტი www.wikipedia.de  საძიებო სიტყვა-ფთორი. 

  

   

   ლაშა ბერიძე 

   ილია მეგრელიძე