В мире химии

Свободный фтор можно найти в природе!

2 мая 2016

Фтор образует наиболее реакционноспособное простое вещество, именно поэтому он не существует в природе в свободном состоянии, а только в виде соединений – фторидов – по крайней мере, именно так официально считалось до настоящего времени.

Тем не менее, один из фторсодержащих минералов – «зловонный флюорит» или «антозонит» (antozonite), за последние две сотни лет не раз оказывался предметом споров и обсуждений. Этот минерал при механическом разрушении испускает интенсивный и неприятный запах.

Исследователям из Технического Университета Мюнхена и Университета Мюнхена удалось казалось бы невозможное – они смогли обнаружить, что в минерале антозоните присутствует свободный фтор – F2.



Слева – обычный образец плавикового шпата, справа – образец «зловонного плавикового шпата». (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/ange.201203515)

Так как фтор является одним из самых реакционноспособных веществ, его очень сложно хранить. Фтор агрессивен настолько, что он разрушает и стандартную лабораторную стеклянную посуду, и даже обожженная кирпичная кладка может гореть в газообразном фторе. Именно из-за активности фтора до настоящего времени химики были убеждены в том, что он не может встречаться в природе в свободном состоянии – только в виде фторид-иона в таких минералах, как флюорит (CaF2), также известный как плавиковый шпат. Вопрос вызывала модификация флюорита антозонит, которая при механическом разрушении выделяет острый и неприятный запах.

Многие выдающиеся химики, включая Фридриха Велера (1800-1882) и Юстаса Либиха (1803-1873), пытались объяснить запах эманациями самых различных веществ. В течение многих лет привлечение различных методик – сравнение с контрольными образцами запахов, химический анализ, масс-спектрометрия, позволяло формулировать принципиально различные заключения. В качестве источника запаха рассматривали фтор, йод, озон, летучие соединения фосфора, мышьяка, серы, селена и даже фторуглеводородов. До настоящего времени у ученых не было прямых доказательств ни пользу того, что запах антозонита обуславливается выделением фтора, ни в пользу того, что свободный фтор содержится в резервуаре из антозонита, а не образуется в процессе механического разрушения частиц минерала.

Исследователям из групп Флориана Крауса (Florian Kraus) и Йорна Шмедта (Joern Schmedt) удалось успешно доказать присутствие в антозоните молекулярного фтора, не оставив никаких сомнений. С помощью спектроскопии ЯМР 19F они смогли идентифицировать элементарный фтор in-situ, в его естественном окружении – не разрушая образец онтозонита, поставив точку в дискуссии об источнике запаха «зловонного плавикового шпата».

Исследователи отмечают, что вряд ли можно считать удивительным то, что химики сомневались в возможности существования свободного фтора в «зловонном флюорите» – сам факт того, что в некоторых участках антозонита присутствуют, не реагируя друг с другом свободные кальций и фтор, вряд ли можно считать тривиальным.

Тем не менее, для антозонита реализуются особые условия – свободный фтор образуется из-за небольших вкраплений урана в минерал. Уран, распадаясь, испускает ионизирующее излучение, которое расщепляет фторид кальция на кальций и фтор. При этом фтор остается в миникавернах минерала, оказываясь изолированным от окружающей среды слоем флюорита, что позволяет ему оставаться в свободном состоянии. С другой стороны, ионизирующее излучение приводит к образованию кальциевых кластеров, придающих антозониту темный цвет.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/ange.201203515


метки статьи: аналитическая химия, геохимия, неорганическая химия

В мире химии

Другие новости

28 мая 2014 Рентгеновские лучи позволяют найти тяжелые металлы

По словам исследователей из Японии, высокоэнергетические рентгеновские лучи могут определить степень загрязнения растений тяжелыми металлами. Исследователи использовали сфокусированный пучок лучей для визуализации распределения кадмия в кресс-салате Arabidopsis halleri. Рентгеновская спектроскопия...


1 ноября 2014 Глобальное освещение проблемы токсичности наночастиц

Выводом из проведенного швейцарскими исследователями обзора более чем 6000 работ, посвященных проблеме токсичности наноматериалов (нанотоксичности – nanotoxicity) является то, что необходима унификация стандартов исследования и оценки качества. Одной из примет...


24 июня 2007 Ионные жидкости для лунного телескопа

Эрманно Борра (Ermanno Borra) и его коллеги из Канады, США и Северной Ирландии изучили свойства ряда жидкостей и обнаружили, что коммерчески доступная ионная жидкость, этилсульфат 1-этил-3-метилимидазолия, является наиболее подходящим кандидатом для реализации амбициозного проекта «Лунный телескоп».