Koji je najreaktivniji kemijski element?

...plutonij (radioaktivan je, zbog psa Plutona!), zlato (jer na zlato svi reagiraju!), klor (vražji kemijski element) itd. Kemičarka među njima jedina je odgovorila ispravno − fluor je najreaktivniji kemijski element.

Da je fluor izuzetno otrovan i reaktivan element, na vlastitoj su koži osjetili mnogi kemičari. Znameniti H. Davy i J. Gay-Lussac, te mnogi njihovi suvremenici, otrovali su se fluorovodičnom kiselinom pokušavajući dobiti elementarni fluor. Za francuskog kemičara J. Nicklesa posljedice trovanja bile su smrtonosne. Tek je 1886. godine Henri Moissan elektrolizom kalijeva fluorida otopljenoga u bezvodnom fluorovodiku uspio dobiti plinoviti fluor. Moissanov postupak bio je jedno od najvećih otkrića anorganske kemije u 19. stoljeću za koje je francuski kemičar 1906. dobio i Nobelovu nagradu za kemiju.

Fluor je pri sobnoj temperaturi iznimno otrovan svijetložuti plin koji burno reagira s gotovo svim tvarima. Usmjerite li plinoviti fluor u željeznu vunu, ugljen, pamuk ili sumpor, oni će jednostavno planuti. Fluor ne djeluje jedino na plemenite plinove helij, neon i argon. Kada kažemo da je fluor vrlo reaktivan, želimo reći da se njegovim spajanjem s drugim elementima oslobađa velika količina energije. Spoj koji pritom nastaje vrlo je stabilan zato što se mora uložiti jednako velika količina energije želite li ga razgraditi. Tu energiju mora unijeti neka još reaktivnija tvar.

Na ovom videu možete pogledati kako se fluor dobiva u laboratoriju te kako reagira s nekim tvarima...

Prvi je u skupini halogenih elemenata (17. skupina u periodnom sustavu) i najjače je oksidacijsko sredstvo u toj skupini. Ujedno je i najjače poznato oksidacijsko sredstvo među svim kemijskim elementima jer svima želi „oteti” elektrone kako bi postao stabilniji fluoridni ion. Ovo je zanimljivo: što je neki kemijski element reaktivniji, to su njegovi spojevi stabilniji. Dok je elementarni fluor vrlo reaktivan, njegov je ion stabilan i nalazimo ga u prirodi u sastavu mnogobrojnih minerala, npr. fluorita i apatita. Fluor je 13. element po rasprostranjenosti u Zemljinoj kori.

Svjetske rezerve minerala fluorita (kalcijev fluorid) su oko 120 milijuna tona

.................

Gdje koristimo spojeve fluora?

Fluorit (CaF₂) se najviše koristi za taljenje i čišćenje metala, a dio se koristi u proizvodnji fluorovodične kiseline (HF). Ona se koristi za obradu metala i stakla te dobivanje ugljikovih spojeva s fluorom. Kemičarima je dobro poznata činjenica da je fluorovodična kiselina iznimno reaktivan spoje pa se ne može čuvati u staklenim bocama jer nagriza staklo.

Na ovom videu možete pogledati kako fluorovodična kiselina nagriza staklo..

Natrijev fluorid (NaF) upotrebljava se u proizvodnji pasta za zube jer ojačava zubnu caklinu i tako sprječava nastajanje karijesa. Da je fluorid koristan za očuvanje zubne cakline, dokazao je u 1930-ima američki zubar Frederick McKay. Kako fluoridni ioni djeluju u sprječavanju karijesa? Zube izgrađuju hidroksiapatit, Ca₅(PO₄)₃OH, i vlaknasti proteini. Proces u kojem hidroksiapatit nastaje jest mineralizacija, a proces razgradnje hidroksiapatita naziva se demineralizacijom. Tu ravnotežu narušavaju kisela hrana te hrana bogata šećerom. (Šećer bakterije u ustima pretvaraju u organske kiseline.) Kiseline reagiraju s hidroksidnim ionima nastalima u procesu demineralizacije te potiču daljnju razgradnju hidroksiapatita iz zubne cakline. Fluoridni ioni djelomično zamjenjuju hidroksidne ione u hidroksiapatitu pretvarajući ga u fluoroapatit, Ca₅(PO₄)₃F. On je kiselim otopinama stotinu puta slabije topljiv od hidroksiapatita. No, s fluoridom treba biti oprezan jer je i on otrovan, već četvrtina grama izaziva trovanje. Poznat je slučaj trovanja bolesnika u jednoj američkoj bolnici (1943.) jer im je hrana umjesto natrijevim kloridom zabunom bila posoljena natrijevim fluoridom. Pritom je umrlo 47 pacijenata.

Paste za zube često sadržavaju fluoridne ione

..................

Polimerizacijom tetrafluoretena, uz visoki tlak i katalizator, nastaje produkt poli(tetrafluoretilen), poznatiji pod trivijalnim imenom teflon. Obilježava ga izvanredna kemijska inertnost – na njega ne djeluju ni lužnate otopine, ni koncentrirane kiseline, ni organska otapala. Stabilan je u temperaturnom intervalu od –70 do 250 °C. Teflon je izvanredan materijal za izradu kuhinjskog posuđa jer je njegova površina klizava i na nju se hrana ne lijepi tijekom termičke obrade. Suvremena istraživanja pokazuju da nije posve bezopasan, a ključna je temperatura kojoj je izložen. Na temperaturama višim od 260 °C teflon se počinje raspadati uz razvijanje otrovnih para. Poznati su slučajevi tzv. teflonske toksikoze – trovanja kućnih ptica uzrokovanih produktima razgradnje teflona, ali i teflonske gripe u ljudi. Simptomi bolesti vrlo su slični uobičajenoj gripi pa joj otuda i naziv.

Tava obložena teflonom dobivenim polimerizacijom tetrafluoretena

...............

Vodootporni materijal trgovačkog imena Gore-Tex također je načinjen od nategnutog poli(tetrafluoretena). Koristi se u proizvodnji vodonepropusnih cipela, tenisica i jakni, a od njega se proizvode i umjetne vene i arterije.

Vodonepropusna tkanina od materijala Gore-Tex

...............

Fluor ima samo jedan prirodni izotop, fluor-19. Međutim, njegov radioaktivni izotop fluor-18 ugrađen u molekulu glukoze umjesto jedne hidroksilne skupine (fluorodeoksiglukoza) koristi se u medicinskoj dijagnostici u pozitronskoj emisijskoj tomografiji (PET). Vrijeme poluraspada fluora-18 je samo 110 minuta, on se raspada i emitira pozitrone (elektrone pozitivnog naboja). Tumorske stanice imaju veliku metaboličku aktivnost i u njima se nakuplja više fluorodeoksiglukoze, pa se skeniranjem pozitronskog zračenja mogu razlikovati, primjerice, zloćudne od dobroćudnih tvorbi.

Model molekule fluorodeoksiglukoze (atom fluora na slici je označen žutom bojom)

...............

Između fluora i uranija s početka članka ipak postoji veza. Fluor se upotrebljava za proizvodnju uranijeva heksafluorida, UF₆. Pomoću tog spoja iz prirodne smjese uranijevih izotopa izdvaja se fisiji podložan izotop uranij-235 koji se koristi kao gorivo u nuklearnim elektranama.

Kratka je anketa o najreaktivnijem kemijskom elementu ujedno ukazala i na zanimljivu činjenicu − ljudi brkaju pojmove radioaktivan i reaktivan. Najviše je anketiranih spomenulo uranij i plutonij vjerojatno na umu imajući nuklearne bombe i elektrane. Dok u kemijskim reakcijama vrste atoma ostaju očuvane, rezultat radioaktivnog raspada elementa novi je kemijski element.

......................

LITERATURA:  1. Emsley, J.: Nature's Building Blocks, Oxford University Press, 2003. ■  2. Scerri, E. (ur.): 30-Second Elements, Icon Books, 2013. ■  3. Gray, T.: Elementi – slikovno istraživanje svih poznatih elemenata u svemiru, Školska knjiga, Zagreb, 2010. ■   4. Filipović, I., Lipanović, S.: Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.

......................

Piše: Goran BUKAN