Historien om fluor
Fluor är ett relativt nytt element i mänskliga tillämpningar. I gamla tider fanns endast mindre användningar av fluorhaltiga mineraler. Den industriella användningen av fluorit , fluorets källmineral, beskrevs först av den tidiga vetenskapsmannen Georgius Agricola på 1500-talet, i samband med smältning . Namnet "fluorit" (och senare "fluor") härrör från Agricolas uppfunna latinska terminologi . I slutet av 1700-talet upptäcktes fluorvätesyra . I början av 1800-talet insåg man att fluor var ett bundet element i föreningar, liknande klor . Fluorit fastställdes vara kalciumfluorid .
På grund av fluorets täta bindning såväl som fluorväteets toxicitet , motstod elementet många försök att isolera det. År 1886 lyckades den franske kemisten Henri Moissan , senare nobelpristagare, göra elementärt fluor genom att elektrolysera en blandning av kaliumfluorid och vätefluorid. Storskalig produktion och användning av fluor började under andra världskriget som en del av Manhattan-projektet . Tidigare under århundradet kommersialiserades de viktigaste fluorkemikalierna av DuPont -företaget: köldmediegaser ( Freon ) och polytetrafluoretenplast ( Teflon ).
Forntida användning
Vissa fall av uråldriga användning av fluorit, huvudkällan av fluormineral, för prydnadsbruk finns sniderier. Arkeologiska fynd är dock sällsynta, kanske delvis på grund av stenens mjukhet. Två romerska koppar gjorda av persisk fluorit har upptäckts och ställs just nu ut på British museum. Plinius den äldre beskrev en mjuk sten från Persien som användes i koppar som kan ha varit fluorit.
Fluoritristningar från omkring 1000 e.Kr. har upptäckts i Amerika på indiska gravfält. [ citat behövs ]
Tidig metallurgi
Ordet "fluor" härstammar från den latinska stammen av huvudkällan mineral, fluorit, som nämndes första gången 1529 av Georgius Agricola , "minerogins fader". Han beskrev fluorit som ett flussmedel — en tillsats som hjälper till att smälta malmer och slagg under smältning. Fluoritstenar kallades schone flusse på den tidens tyska. Agricola, som skrev på latin men beskrev 1500-talets industri, uppfann flera hundra nya latinska termer. För schone flusse- stenarna använde han det latinska substantivet fluores , "fluxes", eftersom de fick metallmalmer att flyta när de var i en eld. Efter Agricola utvecklades namnet för mineralet till flusspat (fortfarande vanligt förekommande) och sedan till fluorit.
Fluoritmineral beskrevs också i skrifterna av alkemisten Basilius Valentinus , förmodligen i slutet av 1400-talet. [ citat behövs ] Det påstås dock att "Valentinus" var en bluff eftersom hans skrifter inte var kända förrän omkring 1600. [ citat behövs ]
Fluorvätesyra
Vissa källor hävdar att den första produktionen av fluorvätesyra skedde av Heinrich Schwanhard, en tysk glasskärare, 1670. En referentgranskad studie av Schwanhards skrifter visade dock inget specifikt omnämnande av fluorit och endast diskussion om en extremt stark syra. Det antogs att detta troligen var salpetersyra eller aqua regia , båda kapabla att etsa mjukt glas.
Andreas Sigismund Marggraf gjorde den första bestämda beredningen av fluorvätesyra 1764 när han värmde fluorit med svavelsyra i glas, som korroderades kraftigt av produkten. År 1771 upprepade den svenske kemisten Carl Wilhelm Scheele denna reaktion. Scheele kände igen produkten av reaktionen som en syra, som han kallade "fluss-spats-syran" (fluor-spar-syra); på engelska var det känt som "fluoric acid". [ citat behövs ]
Igenkänning av elementet
År 1810 föreslog den franska fysikern André-Marie Ampère att fluorvätesyra var en förening av väte med ett okänt grundämne, analogt med klor. Fluorit visade sig då till största delen bestå av kalciumfluorid.
Sir Humphry Davy föreslog ursprungligen namnet fluor och tog roten från namnet "fluorsyra" och -ine-suffixet, på samma sätt som andra halogener. Detta namn, med modifikationer, kom till de flesta europeiska språk. (Grekiska, ryska och flera andra språk använder namnet ftor eller derivator, som föreslogs av Ampère och kommer från grekiskan φθόριος ( phthorios ), som betyder "destruktiv".) Det nya latinska namnet ( fluorum ) gav elementet dess nuvarande symbol , F, även om symbolen Fl har använts i tidiga tidningar. Symbolen Fl används nu för det supertunga grundämnet flerovium .
Tidiga isoleringsförsök
.jpg)
Framstegen med att isolera elementet bromsades av de exceptionella farorna med att generera fluor: flera 1800-talsexperimentörer, "fluormartyrerna", dödades eller förblindades. Humphry Davy , såväl som de anmärkningsvärda franska kemisterna Joseph Louis Gay-Lussac och Louis Jacques Thénard , upplevde svåra smärtor av att andas in vätefluoridgas; Davys ögon var skadade. De irländska kemisterna Thomas och George Knox utvecklade fluoritapparater för att arbeta med vätefluorid, men blev ändå allvarligt förgiftade. Thomas dog nästan och George var handikappad i tre år. Den franske kemisten Henri Moissan förgiftades flera gånger, vilket förkortade hans liv. Den belgiske kemisten Paulin Louyet och den franske kemisten Jérôme Nicklès [ följa Knox-arbetet, men de dog av HF-förgiftning trots att de var medvetna om farorna.
De första försöken att isolera elementet hindrades också av materiella svårigheter: den extrema korrosiviteten och reaktiviteten hos fluorväte (och av fluorgas) samt problem med att få fram en lämplig ledande vätska för elektrolys . Davy försökte elektrolysera HF men fick sluta eftersom elektroderna var skadade. Han övergick sedan till (misslyckade) kemiska reaktioner.
Edmond Frémy trodde att det kunde fungera att leda elektrisk ström genom ren fluorvätesyra (torr HF). Tidigare fanns fluorväte endast i vattenlösning. Frémy tog därför fram en metod för att framställa torr vätefluorid genom att surgöra kaliumbifluorid ( KHF 2 ) . Tyvärr passerade inte ren vätefluorid en elektrisk ström. Frémy försökte också elektrolysera smält kalciumfluorid och producerade förmodligen lite fluor (eftersom han gjorde kalciummetall vid den andra elektroden), men han kunde inte samla upp gasen.
Den engelske kemisten George Gore försökte också elektrolysera torr HF och kan ha tillverkat små mängder fluorgas 1860. Han rapporterade en explosion efter att ha kört sin cell (väte och fluor rekombinerar dramatiskt), men han insåg att en syreläcka också kunde ha orsakat reaktionen .
Moissan
Den franske kemisten Henri Moissan , tidigare en av Frémys elever, fortsatte sökandet. Efter att ha provat många olika tillvägagångssätt byggde han på Frémy och Gores tidigare försök genom att kombinera kaliumbifluorid och vätefluorid. Den resulterande lösningen ledde elektricitet. Moissan konstruerade också särskilt korrosionsbeständig utrustning: behållare tillverkade av en blandning av platina och iridium (mer kemiskt resistent än ren platina) med fluoritproppar.
Efter 74 års ansträngning av många kemister, den 26 juni 1886, isolerade Moissan elementärt fluor. Moissans rapport till den franska akademin för att göra fluor visade uppskattning för bedriften: "Man kan verkligen göra olika hypoteser om naturen hos den frigjorda gasen; det enklaste skulle vara att vi är i närvaro av fluor ."
Moissans publikation från 1887 dokumenterar reaktionsförsök av fluorgas med flera ämnen: svavel (flammor), väte (explosion), kol (ingen reaktion), etc. Senare utarbetade Moissan en billigare apparat för att tillverka fluor: kopparutrustning belagd med kopparfluorid .
Moissan konstruerade också speciella apparater - 5 m långa platinarör med fluoritfönster - för att bestämma den svagt gula färgen på fluorgas. (Gasen verkar genomskinlig i små rör eller när den tillåts komma ut. Färgobservationen upprepades inte förrän på 1980-talet, då hans resultat bekräftades.)
1906, två månader före sin död, fick Moissan Nobelpriset i kemi. Citatet:
...som ett erkännande av de stora tjänster han utfört i hans undersökning och isolering av grundämnet fluor...Hela världen har beundrat den stora experimentella skickligheten med vilken du har studerat det vilda odjuret bland elementen.
Utveckling
Under 1930- och 1940-talen kommersialiserade DuPont -företaget organiska fluorföreningar i stor skala. Efter försök med klorfluorkolväten som kylmedel av forskare vid General Motors utvecklade DuPont storskalig produktion av Freon-12 . Arbetet utfördes av DuPont-forskaren Dr. Tomas Midgley Jr. DuPont och GM bildade ett joint venture 1930 för att marknadsföra den nya produkten; 1949 tog DuPont över verksamheten. Freon visade sig vara en hit på marknaden och ersatte snabbt tidigare, mer giftiga köldmedier och växte den totala marknaden för kökskylskåp.
År 1938 upptäcktes polytetrafluoretylen (Teflon) av en slump av en nyligen anställd DuPont PhD, Roy J. Plunkett . När han arbetade med en cylinder av tetrafluoreten kunde han inte släppa ut gasen, även om vikten inte hade förändrats. Han skrapade ner behållaren och hittade vita flingor av en ny för världen ny polymer . Tester visade att ämnet var resistent mot korrosion från de flesta ämnen och hade bättre högtemperaturstabilitet än någon annan plast. I början av 1941 skapade ett kraschprogram kommersiella kvantiteter.
Storskalig produktion av elementärt fluor började under andra världskriget. Tyskland använde högtemperaturelektrolys för att producera ton klortrifluorid , en förening som planeras att användas som brand. Manhattanprojektet i USA producerade ännu mer fluor för användning vid uranseparation . Gasformig uranhexafluorid användes för att separera uran-235 , ett viktigt kärnsprängämne, från det tyngre uran-238 i diffusionsanläggningar . Eftersom uranhexafluorid frigör små mängder frätande fluor byggdes separationsanläggningarna med speciella material. Alla rör var belagda med nickel; leder och flexibla delar tillverkades av teflon.
1958 lämnade en DuPont forskningschef i Teflon-branschen, Bill Gore , företaget på grund av dess ovilja att utveckla Teflon som trådbeläggningsisolering. Gores son Robert hittade en metod för att lösa trådbeläggningsproblemet och företaget WL Gore and Associates föddes. 1969 utvecklade Robert Gore ett expanderat polytetrafluoretylen (ePTFE)-membran som ledde till den stora Gore-Tex- verksamheten inom ventilerande regnkläder. Företaget utvecklade många andra användningsområden för PTFE.
Under 1970- och 1980-talen utvecklades oro över vilken roll klorfluorkolväten spelar för att skada ozonskiktet . År 1996 hade nästan alla nationer förbjudit klorfluorkolväten och kommersiell produktion upphörde. Fluor fortsatte dock att spela en roll i kylning: klorfluorkolväten (HCFC) och hydrofluorkolväten (HFC) utvecklades som ersättningsköldmedier.
Se även
Anteckningar
- ^ Moissans Nobel hedrade också hans uppfinning av ljusbågsugnen
Citat
Indexerade referenser
- Greenwood, NN; Earnshaw, A. (1998). Grundämnenas kemi (2:a uppl.). Butterworth Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4 .
- Hounshell, David A.; Smith, John Kelly (1988). Vetenskap och företagsstrategi: DuPont R&D, 1902–1980 . Cambridge University Press. ISBN 0-521-32767-9 .
externa länkar
- (på franska) Research in the isolation of Fluorine , 1887 rapport av Moissan med ritningar, på den franska Wikisource.