Соединения фтора

Свойства соединений фтора значительно отличаются от свойств других галогенопроизводных.

Фториды щелочных металлов растворимы в воде и их раст­воримость уменьшается в ряду KF > NaF > LiF. Фтор образует 92 ми­нерала, в том числе фторапатит Са₁₀(РО₄)_бF₂, флюорит CaF₂(48,7% F), криолит 3NaF• AlF₃(54,3% F), биотит, мусковит (3-4% F), фосфориты (апатиты, химически связанные в разной пропорции с фосфатами кальция) — 0,1-6% F.

Фторсодержащие минералы обычно находятся в горных поро­дах и почвах в рассеянном состоянии, но встречаются и в виде ме­сторождений.

Главными источниками фтора в окружающей среде, в том числе в почве, являются:

1) разрушающиеся горные породы, содержащие в среднем 0,03% F и их минералы (апатит, турмалин, биотит, мусковит, другие слюды);

2) вулканические газы;

3) газопылевые выбросы алюминиевых, сталелитейных, сте­кольных и фарфоровых заводов, в состав которых входят NaF, KF, NaAlF₄, А1F₄, CaF₂, HF, SiF₄;

4) фосфорные удобрения, содержащие от 1 до 4% фтора, фосфогипс (0,3-0,8% F), другие химические мелиоранты.

Фтор накапливается преимущественно в илистой фракции почв (до 70%), тогда как в песчаной фракции его содержание не превыша­ет 0,2-4% от общего количества, поэтому глинистые почвы всегда содержат больше фтора, чем песчаные.

Природный фтор малодоступен растениям. Напротив, поступа­ющие в почву при техногенном загрязнении соединения фтора лег­корастворимы и доступны для растений. Значительная часть посту­пившего фтора либо фиксируется почвенными компонентами (гли­нистыми минералами, карбонатами кальция, соединениями фос­фора), либо выщелачивается из почв легкого механического состава в нижележащие горизонты. Способность почв удерживать фтор обу­словливается значениями рН почвенного раствора. Наиболее высо­кой поглотительной способностью по отношению к фтору характери­зуются кислые почвы. По мере возрастания рН способность почв свя­зывать фторид-ион быстро падает.

На территориях, прилегающих к алюминиевым, суперфосфат­ным, металлургическим заводам, значительно повышается содер­жание фтора в почвах и растениях. Наибольшие концентрации в поч­вах аридных регионов бывают приурочены к летнему периоду, в пе­риоды дождей содержание подвижного фтора несколько снижается благодаря его связыванию твердыми фазами и частичному выщелачиванию.

Почвы на известняках сорбируют примерно в 2 раза больше фтора, чем почвы на базальтах, и в 3-4 раза больше, чем песчаные почвы. Интенсивная сорбция фтора имеет важное экологическое зна­чение; это, в частности, снижает поступление фтора в почвенно-грунтовые воды при химическом загрязнении. Преимущественные механизмы связывания — взаимодействие фторид-иона с оксидами и гидроксидами А1 и Fe. При хемосорбции фторида на гидроксидах, вероятно, обменно выделяется в раствор ОН^- и рН равновесного рас­твора повышается. Связывание фторид-иона гидроксидами железа зависит от концентрации F^-, рН и строения минеральной фазы. Минимальное связывание наблюдается при рН более 7. В кислой среде связывание фторид-иона увеличивается в ряду гематит < лимонит < гидроксид железа.

При взаимодействии фторидов с А1(ОН)₃ значительная часть гидроксида алюминия растворяется вследствие образования ком­плекса AlF_x, если, конечно, в реагирующей системе было высокое отношение (F^-):(A1). При низких соотношениях фторид-иона и алю­миния твердые фазы устойчивы в диапазоне рН 4-7 и интенсивно фиксируют фторид-ион. Таким образом, избыток F^- может перево­дить в раствор почвенный А1, но в диапазоне рН 4-7 твердый А1(ОН)₃ может удалять F^- из водной фазы, очищая почвенный рас­твор и предупреждая загрязнение фтором природных вод и растений.

Фтор вызывает сильные изменения природных почв. Добавле­ние к почве NaF практически всегда вызывает увеличение рН, повы­шает растворимость органического вещества. В кислых почвах эта закономерность более выражена, чем в щелочных. Значительно уве­личивается подвижность Al, Fe, Ca, умеренное увеличение характер­но для Mg, К, Мп, Р. Небольшое увеличение растворимости (под­вижности) выявлено для Cd, Cr, Ni, Cu, Zn, В, Мо, Ва.

Фреоны

Группа фтор- и фторхлоруглеводородов жирного ряда, главным образом метана, которые, благодаря своим термодинамическим свой­ствам, нашли широкое применение в практике как хладоносители в холодильных машинах, называется фреонами (слово фреон происхо­дит от лат. frigor— холод). Фреоны представляют собой газообраз­ные или жидкие вещества, как правило, хорошо растворимые в орга­нических растворителях, а также во многих смазочных маслах и практически нерастворимые в воде. Фреоны негорючие, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом и относительно инертны. Они не действуют на большинство металлов (до 200°С), стойки к окислите­лям, кислотам. При контакте с открытым пламенем фреоны разлага­ются с образованием токсичных дифтор- и фторхлорфосгенов. Из­вестны следующие фреоны: CF₄ - фреон-14; ССlF₃ - фреон-13; CCI₂F₂ - фреон-12, CHClF₂ - фреон-22; СС1₃F - фреон-11; СВrF₃ -фреон-13. Наибольшее значение имеет фреон-12 (Ф-12), получаемый при действии фторида сурьмы (III) на тетрахлорид углерода:

ЗСС1₄ + 2SbF₃ → ЗСС1₂F₂ + 2SbС1₃. (4.35)

Производство Ф-12 достигает 85% всей мировой продукция фторорганических соединений. Фреоны устойчивы к действию серной кислоты и концентрированных щелочей, не взаимодействуют с большинством металлов. Фреоны нетоксичны для организма, однако их воздействие на окружающую среду может иметь и негативные по­следствия — образование «озоновой дыры».