Fluor

Hööftartikel: Isotopen vun Fluor
Iso	VN	t_½	VO	VE (MeV)	VP
¹⁷F	künstlich	64,49 s	ε	2,761	¹⁷O
¹⁸F	künstlich	109,77 min	ε	1,656	¹⁸O
¹⁹F	100%	F is mit 18 Neutronen stabil.
²⁰F	künstlich	11,00 s	β^-	7,025	²⁰Ne
²⁰F	künstlich	4,158 s	β^-	5,684	²¹Ne

Fluor [ˈfluːoːr] is en cheemsch Element vun’t Periodensystem, dat to de Cheemsch Serie vun de Halogenen tellt. Dat Element hett de Atomtall ) un warrt mit dat Atomteken F afkört. Dat giftige Gas is meist ahn Klöör, man in Schichten dicker grötter as een Meter sütt man en blassgele bit geelgröne Klöör. Fluor is vun all Elementen dat, wat de hööchste Elektronegativität hett un an’n dullsten reageert.

De Naam kummt vun dat latiensch Woort fluor „Stroom, Fluss“. In de Mehrtall („fluores“) weer dat en Begreep för „Flussmiddel“ (in de Metallurgie, kiek bi Historie) un stünn in dissen Bruuk für Flussspat, wat dat bedüdenste natürlich vörkamend Fluormineral is.

[ännern] Historie

Fluor weer 1530 vun Georgius Agricola in siene Form as Calciumsolt (CaF₂) beschreven, wat de Flussspat is, un weer 1556 vun ehm as Helpsmiddel to’n Smölten vun Ierzen nöömt.^[1] Calciumfluorid maakt Ierzsmölten un Slacken dünnfletiger. Schwanhard maak 1670 dat Glasätzen dör süürbehannelte Flussspat. Man, all Versöken, dat fre’e Halogen to tügen güngen dorneven – mitünner ok op traagsch Wies. Eerst 1886 hett Henri Moissan dat torecht kregen, dör elektrolytsch Opsplitten vun en Lösen vun Kaliumdifluorid (KHF₂) in fletig Fluorwaterstoff (HF) bi –55 °C rein Fluor to tügen. Dat weer aver blots man en Tofall, wiel dat Kaliumdifluorid blots bimischt worrn is, üm de Leddanlaag vun’n Fluorwaterstoff optobetern. Rein Fluorwaterstoff lett sik neemlich nicht elektrolytsch opsplitten.

Opschwung kreeg de Fluorherstellen in’n Tweeten Weltkrieg, to’n enen dör de Entwickeln vun de Atombomb in de USA (Manhattan-Projekt). Dat Uran-Anriekern warrt över dat gasförmig Uranhexafluorid (UF₆) maakt, dat mit Help vun elementaren Fluor herstellt warrt.^[2] ^[3] Op de anneren Siet hett to de Tiet de I. G. Farben in Gottow en Fluorelektrolys-Zell bedreven, de en Produkt maken de, dat angeevlich blots to’n Herstellen vun en nee Brandmiddel (Chlortrifluorid) för Brandbomben, bruukt warrn schüll.^[4] Of man mit de Fluorprodukschoon in Düütschland dormols ok URan opbereeden künn, is nich recht klor un warrt noch vundaag diskuteert.^[5] ^[6].

[ännern] Vörkamen

Flussspat-Kristallen

Elementar Fluor kummt in de Natur vun wegen de hoge Reaktivität nich vör. Dorüm is Fluor ünner natürliche Bedingen blots in Form vun Fluoriden un verscheden Fluorkomplexsolten (t. B. Natriumhexafluoridoaluminat oder Kryolith) antodrapen. Enige Leevwesen künnt aver ok orgaansche Fluorverbinnen maken. As Soltverbinnen, Fluoriden un Fluoridokomplexen is Fluor teemlich verbreedt un bispeelswies ok in vele Waters (0,1–1,5 mg/l F⁻) binnen.

To’n Herstellen vun Fluor un Fluorverbinnen warrt vör allen Flussspat (CaF₂) bruukt, de ok in Düütschland in de verleden Tiet an vele Öörd in’n Bargbo wunnen worrn is. Bi’t Oplösen vun Flussspat in Swevelsüür billt sik Fluorwaterstoffsüür (HF), de denn elektrocheemsch to F₂ opsplitt warrn kann. Teemlich grote Mengden vun Fluorkieselsüür fallt bi de Produkschoon vun Phophorsüür an. Fluorkieselsüür un dat dorut mit Help vun Soda produzeerte Natriumhexafluoridosilikat warrt in de USA an vele Steden direkt insett to’n Waterfluorideeren. De natürlichen Kryolithvörkamen, de dat op Gröönland geven hett, sünd siet de 1960er Johren al afboot.

[ännern] Herstellen

Elementar Fluor kann sünners op elektrocheemschen Weg ut Fluroiden dorstellt warrn. Groottechnisch warrt dat dör Elektrolys vun sietsmöltende Fluoriden as t. B. KF*xHF mit Kohlenelektroden in Iesen- oder Monel®-Zellen wunnen. Disse Elektrolysvörgang warrt industriell sotoseggen ahn Ünnerbreken dörföhrt. Dorbi warrt de komplex bunnen Fluorwaterstoff (HF) in Waterstoff (H₂) un Fluor (F₂) opsplitt. De HF-Verlust, de dorbi passeert, warrt in de Smölt utgleken, indem stännig HF-Gas inspiest warrt.

Dat Rohfluor, wat ut de Elektrolys entsteiht, is mehr oder minner mit HF, Suerstoff (O₂), Tetrafluormethan (CF₄) un perfluoreerte Kohlenwaterstoffen – vör allen ut de Reakschoon vun’t Elektrodenmaterial mit dat Fluor, wat sik billt het – verunreinigt un kann, wenn dat nödig is, nareinigt warrn. Dat geiht dör Utfreren (HF un flüchtige Metallfluoriden), Absorpschoon (HF) un Deeptemperaturdestillatschoon (PFHCs).

Dat „Reinfluor“, dat op dissen Weg wunnen warrt, bargt tomeist noch Sporen vun Fluorwaterstoff un is mehr oder minner free vun O₂, Stickstoff (N₂) un CF₄. Dat unverdünnte Fluor warrt egentlich nich so in’n Hannel geven, wiel de Ümgang dormit bannig problemaatsch is. Begäng sünd in’n Hannel de düdlich sekereren Mischen ut Fluor und Inertgas mit ein Fluorandeel vun bit to 20%, de normalerwies in Druckgasbuddels an den Afnehmer leevert warrt un groottechnisch t. B. in de Produkschoon vun Autotanks insett warrt.

Fluor elektrocheemsch to winnen is en Vörgang, de nich ganz eenfach is. Blots mit noog technisch Weten kann en ordigen Aflopp vun den Vörgang garanteert warrn, as nich blots de düchtig aggressiven Egenschoppen vun de bedeeligten Stoffen to achten sünd, man ok de bannig komplizeerte Elektrochemie, de dorachter stickt. Siet enige Tiet is neven de traditschonelle Produkschoon vun Fluor in Grootanlagen ok de Herstellen in Systemen vun lütte bit middlere Grött opkamen.

[ännern] Egenschoppen

De schemaatsch Opbo vun’t Fluor-Atom

Elementar Fluor is in’n fletigen Tostand „kanariengeel“^[7], as Gas is dat blassgeel.^[8] Wenn Fluor fletig is, hett dat Element an sien Kaakpunkt en Dicht vun 1,51 g/cm³ un bi -207 °C vun 1,639 g/cm³. Fluor tellt to starksten de bi Ruumtemperatur bestännigen Oxidatschoonsmiddel. Vun all Elementen hett Fluor de hööchste Elektronegativität.

Bi Normalebedingen liggt Fluor as Gas vör in Form vun F₂-Molekülen. Mit vele annere Elementen billt dat Halogen spontan cheemsch Verbinnen. Ünner sünnere Bedingen kann Fluor sogor mit de Eddelgasen Krypton, Xenon un Radon reageeren. Anners as de anneren Halogenen reageert Fluor ahn Lichtaktiveeren sülvst as Faststoff bi −200 °C explosiv mit Waterstoff. Bi de Reakschoon kummt Fluorwaterstoff tostannen.

Aver ok vele annere Stoffen reageert bannig dull mit Fluor, dorünner vele Watestoffverbinnen as t. B. Water (H₂O), Ammoniak (NH₃), Monosilan (SiH₄), Propan (C₃H₈) oder orgaansch Lösmiddels. Water warrt op de Oort in Suerstoff un Fluorwaterstoff opsplitt. Bito gifft dat dorbi lüttere Mengden Ozon (O₃) un HOF. Wat all disse Reakschonen andrieven deit is de bannig exotherm verlopende Billn vun Fluorwaterstoff.

De Reakschoon vun Fluor mit Faststoffen löpt dorgegen veel langsomer af, vun wegen de lüttere Bavenflach, wo dat angriepen kann. Man mit Akali- un Eerdalkalimetallen is de Reakschoon natürlicherwies ok bannig stark. Bi Metallen föhrt de Reakschoon mit elemantar Fluor faken to’t Billn vun en Passivschicht op de Bavenflach, de dat Metall vör wietere Reakschonen schulen deit. Bi enige Metallen is de Schicht aver nich dick noog. Wenn de Fluorkonzentratschoon hooch is – bi hogen Fluorpartialdruck – kann dat dorüm liekers to en starke Reakschoon kamen, wobi dat Metall ok opsmölten kann. Dorbi warrt denn jümmer nee’ Metall freeleggt, wat denn wedder för de Reakschoon mit dat Fluor praat steiht und so kann dat to en Füer kamen, dat nich to kontrolleren geiht („Fluorfüer“). Löschen kann een dat blots, wenn dat toföhren vun Fluor ünnerbrocken warrt – anners is dat kuum möglich.

Kunststoffen reageert bi Ruumtemperatur tomeist teemlich kontrollert mit Fluor. Wohrschienlich weer de Ümsetten vun Fluor mit Kunststoff sogor een vun de eersten praktischen Anwennen vun Fluor överhööft. As bi de Metallen kann de Reakschoon mit Fluor ok bi Kunststoffen to’t Billen vun en fluoreerte Schicht an de Bavenflach föhren.

Vun wegen de teemlich swacke F-F-Binnen mit en Binnenenergie vun blots 38 kcal/mol lett sik Fluor thermisch licht opsplitten. Al bi teemlich moderate Temperaturen üm un bi 400 °C liggt Fluor to en düchtigen Deel as Atomen vör. Warrt de Partialdruck sieter maakt laat sik ok bi sietere Temepraturen hooge Fluoratomkonzentratschonen henkriegen, wat praktisch de Reakschoonsanlaag ropsetten deit. Maakt warrn kann de sietere Partialdruck teemlich licht dör Verdünnen mit en cheemsch inerten Drägergas. De Rekombinatschoonsproportschoon vun de reaktiven Deelken warrt ddordör rünnersett un de middlere Levenduur vun’t Atom warrt länger.

Dissoziatschoon : $\mathrm {F_2 \longrightarrow \ F + F}$

Rekombinatschoon: $\mathrm{ F + F + M \longrightarrow \ F_2 + M}$ (partialdruckafhangig)

M = Inert Stötpartner vun de trimolekularen Rekombinatschoonsreaktschoon

Dat Fluor so licht to splitten geiht, maakt Fluor as en ümweltfründlich, anisotrop Ätzgas intressant. En sünneren Vördeel is dorbi, dat in dat Ätzmedium neven dat molekular un dat atomar Fluor keen wieteren Komponenten opduken doot, de ahn to wullen an den Ätzvörgang deelnehmt.

Bi Ruumtemperatur reageert Glas nich mit HF-fre’et Fluorgas. Man, bi högere Temperaturen sütt man en mehr oder minner snelle Reakschoon. Dat liggt an de Fluoratomen, de dör theermsch Dissoziatschoon vun’t molekulare Fluor, d.h. bi’t Opslitten as baven beschreven, billt warrt un dordör sünners geern reageeren doot. Produkten vun disse Reakschoon is dat gasförmig Siliziumtetrafluorid (SiF₄). Sporen vun Fluorwaterstoff (HF), t. B. an nich ganz drögte Glasreedschoppen, maakt de Reakschoon gauer.

Op lieke Wies sett sik Fluor ok mit annere Stoffen üm, de Silizium bargt, bispeelswies mit Silikonkunststoffen oder mit Siliziumoxid (SiO_x), Siliziumnitrid (Si_xN_y) un Siliziumoxinitrid (Si_xO_yN_z) op den Halfleiderwafer.

[ännern] Bioloogsch un medizinsch Bedüden

Fluorid is en bedüdend Element to’n Hardmaken vun’n Tähnsmölt un ok för’t Wassdom vun de Knaken. Ne’e Studien hebbt dorbi aver verklort, dat Fluor dorbi blots de Rull vun en Katalysater innehmen deit. Levensmiddel mit en hogen Flouridandeel sünd t. B. Seefisch, swarten Tee un vele Mineralwaters. Mineralwaters, de mehr as 1,5 mg Fluor op’n Liter bargt mööt mit’n Warnhenwies uttekent warrn, dat se „fluoridollig“ sünd.

De as den „Bruuk an’n Dag“ nöömte Mengde vun ruchweg 1 Milligram Fluor (in Form vun Fluorid) kann in vele Regionen nich dör de Nohren deckt warrn. Dorüm warrt in’n Hannel fluorideert Kaaksolt un fluorideert Tähnpast anboden. Enige Länner geevt jemehr Drinkwater Fluor bi, üm för betere Tähnen to sorgen, wat ok as Fluorideeren betekent warrt.

De Vördeel vun Fluorverbinnen vör de Gesundheit sleiht bi grote Dosen aver gau üm in Schadenmaken an’n Lief. Dorüm is dorop to achten, dat een nich mehr dorvun to sik nehmt, as dat nödig is. Ok sünd Henwiesen funnen worrn, dat ok Anwennen vun lütte Konzentratschonen vun Fluorsolten un -verbinnen Krebs fördern künnt oder op Duer Schaden an’t Nervensystem un annere Organen maken kann. Verbännen vun de Tähndokters wiest dat aver torüch.

Man hört dorvun nich so faken wat, as vun de Bedüden vun’t Fluor för gesunne Tähnen, man de Fluoriden (un Flusssüür) künnt ok Beroopskrankheiten utlösen as Lungenschadens, Skelettfluoroos, Reizen vun’n Magen-Darm-Trakt oder Verätzen, de in’t Beroopskrankheitensystem ünner Bk Nr. 13 08 tohopenfaat sünd.^[9]

[ännern] Giftigkeit

De Giftigkeit vun Fluorverbinnen kann över ünnerscheedlich Vörgang togangkamen:^[10]

Fluor, Flusssüür, Kieselfluorwaterstoff un de waterlöslichen Fluoriden föhrt to öördlich Verätzen vun de Huut un vun de Sliemhüüt.
Fluor un Fluoriden sünd in de Laag, de Wirken vun Enzymen to minnern. Dorto höört Phosphatasen (un Kinasen), Esterasen (Cholinesterasen) un verscheden Enzymen vun de Glykolys-Keed, sünners Enolase. Dordör künnt hyperglykäämsch Tostännen utlöst warrn, de entsprekend Schaden an’n Hartmuskel, an de Lebber- un Nerenparenchymen un an de Neuronen in’t Zentralnervensystem (ZNS) maken künnt.
Bi de chroonsch Vergiften warrt Fluoriden in Kanken un Tähnen inlagert, wat dat Knakengeweev (Osteoblasten) to’n Wieterwassen anregt. Dordör kamt Verdicken vun un Oplagern op de Knaken tostannen, de Lenken stief maken künnt. Dat Rückgrat (Warvelsüül) kann dorbi ok vullstännig ankyloseeren, wobi dat aktive Knakenmark jümmer mehr inengt warrt. De Knaken verleert na un na jemehr Elastizität un brekt fakener un gauer. Ok de Tähnen warrt anfalliger för’t Breken un nütt gauer af. Dit Krankheitsbild, wat as Fluoroos betekent warrt, is vör allen bi Minschen, de bi de Arbeit veel mit Fluor to doon hebbt, un bi Rinner faststellt worrn. De in vele Länner opdeckte Vörgang vun Tähnplacken („mottled teeth“) dör Mineralisatschoonsstören vun’n Tähnsmölt, de nich wedder torüchmaakt warrn kann, geiht op to hogen Fluoridandeel in’t Drinkwater torüch un kann blots dör Inwirken wiel de Entwickeln vun de Tähnen tostannen kamen. Dat wiest bi Utwassen Minschen op en Kontakt mit toveel Fluor tomindst in de eersten acht Levensjohren hen.
Fluoracetat un Fluoracetamid warrt na de Opnahm in’t giftige Fluorcitrat ümwannelt. Disse Verbinnen hinnert den Intermediärstoffwessel dör Törnen vun den Krebszyklus.

[ännern] Schulen

Fluor is en giftig, düchtig oxideerend un – vun wegen dat Billen vun Fluorwaterstoff – en düchtig ätzend Gas. De Gröttste Arbeidssteed-Konzentratschoon (MAK) vun Fluor bedriggt 0,1 ppm. En beten Schuul vör Fluoridvergiften gifft de starke un bannig asige Röök vun dat Gas, de al bi Konzentratschonen in’t ppb-Rebeet düdlich wohrnehmbor is. Lang anhollend Kontakt mit Fluor oder Fluoriden, as t. B. dör veel Drinken vun to hoog fluorideert Water, kann Fluoroos utlösen.

[ännern] Fluorprodukten un Bruuk

Fluor kummt en grote weertschoppliche Bedüden to vun wegen, dat dat vör so vele verscheden Saken bruukt warrn kann. De weertschopplich Bedüden wiest sik t. B. bi’t Herstellen vun Stahl, Aluminium, Uran usw., woneem dat veel för de Elekrolys bruukt warrt. Eenige Fluoriden as Natriumfluorid dööft blots ünner strenge Oplagen utföhrt warrn, wieldat se to’n Herstellen vun Giftgas bruukt warrn künnt, as t. B. Sarin, Soman oder annere cheemsch Wapen (Nervenkampmiddel). De Giftwirken warrt ok nütt, bi de Herstellen vun Insektiziden, Fungiziden oder Herbiziden.

Fluor speelt aver ok en Rull bi de Produkschoon vun Heelmiddel un Medikamenten. Dat warrt bruukt vör Bloodersatzstoffen in de Chirurgie un Nootfallmedizin, Pienmiddel, Psychopharmaka, Heelmiddel to’n reguleeren vun’n Fettstoffwessel, bi de Vörsorg gegen Karies oder in de Krebstherapie (Cytostatika). Orgaansch Fluorverbinnen as Halothan, Enfluran usw. warrt ok as Narkoosgasen insett.

Fluor warrt mitünner düchtig trickriek in en Veeltall vun orgaansche un anorgaansche Verbinnen (t. B. Fluorwaterstoff, Natrium-, Kalium-, Cäsium-, Calciumfluorid, Fluorchlorkohlenwaterstoffen (FCKWs) oder Kunststoffen) inbrocht, de industriell an vele Steden bruukt warrt. En Bispeel is de Verarbeiden vun Kunststoff oder Lack to’n beteren Verkleven oder för de Bavenflachenbehanneln (Lotuseffekt) bi verscheden Materialen. Fluor warrt bruukt in de Automobilindustrie, aver ok in de Halfleiderindustrie, in de Reeknertechnik in Form vun fluorideerte Fletigkristallen bi LCD-Kiekers oder Smeermiddel för Reeknerfastplatten oder as Uranhexafluorid (UF₆) in de Karntechnik bi’t Urananriekern.

In de Lasertechnik warrt dat bruukt, t. B. bi cheemsch Laser un warrt as UV-lichtborn bruukt in de EUV-Lithografie oder för Fotolack. Fluor is butendem ok Bestanddeel vun Explosions- un Drievstoffen, bispeelswies bi Raketen in’n Tosamenspeel mit annere Brenngasen as Hydrazin. Un nich toletzt in de Verbinnen Teflon as en korrosionsbestännigen Kunststoff mit bannig lütte Rieven.

[ännern] Bornen

↑ Meiers P., Entdeckung des Fluors (April 2007)
↑ Voegtlin C., Hodge H.C.: Pharmacology and toxicology of Uranium Compounds. With a section on the pharmacology and toxicology of fluorine and hydrogen fluoride, National Nuclear Energy Series, McGraw Hill Book Company, 1949
↑ Goldwhite H.: The Manhattan Project, in R. E. Banks, D.W.A. Sharp, J.C. Tatlow (eds.) Fluorine – the first hundred years, Elsevier, Lausanne & New York, 1986, S. 109 ff.
↑ Karr E.: Elemental fluorine. I. G. Farbenindustrie Leverkusen, FIAT final report 838, vom 15. Juni 1946
↑ R. Karlsch: Hitlers Bombe, Deutsche Verlags-Anstalt München, 2005
↑ J. M. Scalia: In geheimer Mission nach Japan: U 234, Ullstein, 3. Aufl. 2006
↑ Cady G.H. Physical properties of fluorine, in J.H. Simons (ed.): Fluorine Chemistry, Vol. I, Academic Press 1950, S. 315
↑ Burdon J., Emson B., Edwards A.J.: Is fluorine gas really yellow?, J. Fluorine Chem. 34 (1987) 471–474
↑ Valentin et al., Arbeitsmedizin, Thieme-Verlag, Stgt.
↑ Universität Zürich: CliniPharm / CliniTox