Раствор фтора с водой

Галогены

Галогены (греч. hals — соль + genes — рождающий) — химические элементы VIIa группы: F, Cl, Br, I, At. Реагируют с большинством других элементов и органических соединений.

Галогены широко распространены в природе. Их химическая активность падает от фтора к астату.

Общая характеристика элементов VIIa группы

От F к At (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Все галогены относятся к неметаллам, являются сильными окислителями.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 5 :

• F — 2s 2 2p 5
• Cl — 3s 2 3p 5
• Br — 4s 2 4p 5
• I — 5s 2 5p 5
• At — 6s 2 6p 5

Для галогенов характерны нечетные степени окисления: -1, +1, +3, +5, +7. Это связано с электронной конфигурацией атомов в возбужденном состоянии.

Природные соединения

• NaCl — галит (каменная соль)
• CaF₂ — флюорит, плавиковый шпат
• NaCl*KCl — сильвинит
• 3Ca₃(PO₄)₂*CaF₂ — фторапатит
• MgCl₂*6H₂O — бишофит
• KCl*MgCl₂*6H₂O — карналлит

Простые вещества — F₂, Cl₂, Br₂, I₂

Галогены в чистом виде можно получить путем электролиза водных растворов и расплавов их солей. Например, хлор в промышленности получают электролизом водного раствора хлорида натрия.

Электролизом расплава гидрофторида калия KHF₂ в безводной плавиковой кислоте — HF — был впервые получен фтор.

Более активные галогены способны вытеснять менее активные. Активность галогенов убывает: F → Cl → Br → I.

В лабораторных условиях галогены могут быть получены следующими реакциями.

Реакции с металлами

Для галогенов характерна высокая реакционная способность. Фтор реагирует со всеми металлами без исключения, некоторые из них в атмосфере фтора самовоспламеняются.

Реакции с неметаллами

Хлор, как и фтор, химически весьма активен. Не реагирует только с кислородом, азотом и благородными газами.

F₂ + H₂ → HF (в темноте со взрывом)

Галогены вступают в реакцию друг с другом. Чтобы определить степени окисления в получающихся соединениях, вспомните электроотрицательность 😉

Br₂ + F₂ → BrF (фтор более электроотрицателен, чем бром — F — )

Br₂ + I₂ → IBr₃ (бром более электроотрицателен, чем йод — Br — )

Реакции с водой

Реакция фтора с водой протекает очень энергично, носит взрывной характер.

Хлор реагирует с водой обратимо, образуя хлорную воду — смесь хлорноватистой и соляной кислоты. Бром вступает в те же реакции, что и хлор.

Замечу, что активность йода существенно ниже, чем у остальных галогенов. С неметаллами йод почти не реагирует, а с металлами — только при нагревании.

Реакции с щелочами

Cl₂ + NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

Галогены способны вытеснять друг друга из солей. Более активные вытесняют менее активные.

KBr + I₂ ⇸ (реакция не идет, так как йод менее активен, чем бром)

Галогеноводороды

Соединения, образованные из галогенов и водорода. К галогеноводородам относятся следующие вещества:

• HF — фтороводород (газ), фтороводородная (плавиковая) кислота (жидкость)
• HCl — хлороводород (газ), соляная кислота (жидкость)
• HBr — бромоводород, бромоводородная кислота
• HI — йодоводород, йодоводородная кислота
• HAt — астатоводород, астатоводородная кислота

При н.у. HCl, HBr, HI — газы, хорошо растворимые в воде.

В промышленности применяют получение прямым методом: реакцией водорода с галогенами.

В лабораторных условиях галогеноводороды можно получить в реакциях обмена между галогенсодержащими солями и сильными кислотами.

HF — является слабой кислотой, HCl, HBr, HI — сильные кислоты. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Галогеноводороды реагируют с основными, амфотерными оксидами и основаниями с образованием соответствующих солей.

KOH + HCl → KCl + H₂O (реакция нейтрализации)

Реакции протекают в тех случаях, если в результате выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

В некоторых реакциях проявляют себя как сильные восстановители, особенно HI.

В целом взаимодействие галогеноводородов с оксидами неметаллов нехарактерно. В этой связи важно выделить реакцию SiO₂ с плавиковой кислотой.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Что такое фтор в воде

Фтор (F, Fluorum) относится к наиболее распространенным природным элементам. Изредка встречается в свободном виде. Это электроотрицательное вещество легко вступает во взаимодействие со всеми элементами в любой температурной среде. В природе чаще всего соединяется с кальцием, легко растворяется, поэтому почти всегда и повсеместно в воде есть фтор. Его насыщенность достигает 100 мг на 1 л. Питьевая вода с содержанием фтора может быть одинаково полезной и вредной.

Фтор в воде — что это

Fluorum — это газ светло-желтоватого цвета с едким характерным запахом и ярко выраженными токсичными свойствами. Его соли и кислоты используют для уничтожения насекомых, грызунов, мелких хищников. Фтор в воде — это различные соединения, фториды. В зависимости от того, с какими веществами произошла реакция, образуются фториды этих элементов: с серебром — фторид серебра; с натрием — фторид натрия.

Fluorum, как природный элемент, является частью земной коры, присутствует в пластах грунта и водоносных слоях. Наличие фтора в питьевой воде обусловлено тем, что фториды образуются во многих геологических образованиях с активными минеральными веществами. Базальт, сланец, топаз, биотит постепенно размываются подземными водными потоками. Из локальных водоисточников — артезианских скважин и абиссинских колодцев — поступает питьевая вода с фтором. Такую жидкость нужно очищать от его избытка перед использованием.

Процент соединений фтора в воде зависит от состава и кислотности почвы, пористости породы, из которой вымываются фториды, глубины залегания подземных водоисточников.

В крупных промышленных целях fluorum добывают из плавикового шпата (флюорита, CaF₂). В нем содержание F почти 50 %. Залежи расположены в нашей республике, в США, Мексике, соседнем Казахстане. Флюорит (фторид кальция) представляет собой бесцветные кристаллы, не растворяющиеся в водной среде. Вода, в которой содержание фтора представлено нерастворимыми соединениями CaF₂, практически безопасна: фториды кальция хорошо улавливаются фильтрами.

Флюорит — это мягкий, хрупкий, прозрачный минерал, повсеместно используется в оптической промышленности для изготовления линз, стекол, приборов оптики. Применяется в астрономической, микроскопической, инфракрасной, голографической, медицинской сфере.

Что представляет собой вода с содержанием фтора

Присутствующие ионы фтора в воде могут быть абсолютно безопасны и смертельно опасны. В микроскопических дозах фторид-ионы F(-) оказывают терапевтическое действие, а в больших концентрациях способны убить. В обычном тюбике зубной пасты количество фторидов таково, что может погубить маленького ребенка, если он съест пасту. Доза 2-3 грамма фторида натрия является смертельной для взрослого человека.

Вода с ионами фтора по степени токсичности гораздо опаснее свинца. Во многих странах водные растворы специально фторируют, так как данный микроэлемент необходим для формирования и нормального развития зубной и костной ткани организма. Самый популярный способ фторирования — добавление фторида натрия. Это самый дорогой реагент, который используют в коммунальных хозяйствах для обогащения водопроводной питьевой воды фтором F(-).

При фторировании важны:

• строгое соблюдение технологии,
• точная дозировка,
• регулярные поступления на объекты водоподготовки фторсодержащего сырья.

Из-за сильной токсичности химического элемента признано опасным избыточно-высокое содержание фтора в воде в количестве выше установленных норм. Многие страны — Китай, Япония, Индия, Израиль — не только отказались, но и ввели запрет на фторирование воды, применяемой для питья.

Норма фтора в воде

Из-за ядовитости газа содержание фтора в питьевой воде строго стандартизовано. В 1994 по нормам ВОЗ г. установлено предельно допустимое значение, которое не следует превышать: ПДК на фтор в воде равен 0,5 мг/л. В России ПДК фтора для воды устанавливает ГОСТ 2874-90.

Нормируемое присутствие фторидов — количество фтора в питьевой воде — зависит от местности и от климата. Там, где стоит круглогодичная жара, где люди пьют много жидкости, рекомендован показатель 0,5 мг/л. На северных территориях установлена норма не выше 1 миллиграмма. На средней полосе в районах с умеренным климатом рекомендуется придерживаться показателя 0,7 мг/л.

Не везде требования соблюдаются. Почти третья часть населения Земли пьёт жидкость, в которой концентрация фтора в воде выше 1,5 мг/л. Обязательно нужно проверять точный состав элементов и соединений в водном растворе и удалять избыток фтора в водопроводной или артезианской воде.

В индийских, южноамериканских и кенийских водах наблюдается опасное превышение фторидов — на литр приходится 25 мг. Во многих юго-западных районах Украины отмечается чрезвычайно низкое содержание F(-). В российских подземных залежах содержание фтора в воде повышено, намного больше 1,5 мг/л. В Подмосковье, на Урале доходит до 4,4 мл/л. В водоемах Казахстана и Азербайджана величина критическая, до 11 мл/г.

В поверхностных водоисточниках концентрация намного меньше, до 0,3 мг/л. В особо опасных районах насыщенность водных растворов ионами F(-) может превышать 65 мг/литр. Морские солёные воды менее опасны, в них присутствие фторидов невысоко, всего 1,1-1,4 мг.

Для местности с пониженным содержанием фторидов (ниже оптимального содержания фтора в воде) здравоохранение рекомендует их искусственно добавлять — фторировать водный раствор перед употреблением. Фториды добавляют в небольших количествах: в микрограммах либо даже в нанограммах.

Показаниями для фторирования служат:

• низкий ПДК воды по фтору,
• отсутствие региональных программ по фторированию пищевых продуктов,
• медицинские показатели — большой процент в данном районе заболеваний кариесом.

Для местностей, где ионы F(-) присутствуют в избытке, нужно выбирать способы, как понизить содержание фтора в воде.

Помимо того, что за ПДК по фтору в воде обязаны следить коммунальные службы, отвечающие за водоснабжение, каждый человек может самостоятельно проверять состав воды и очищать её от всех вредных веществ перед употреблением.

Как определить содержание фтора в воде

В домашних условиях это сделать нельзя. Если в воде есть фтор в виде отрицательно заряженных ионов F(-), обычными органолептическими методами его невозможно обнаружить. Он не меняет вкус, цвет, запах. Можно выполнить проверку с помощью экспресс-тестов, но они дадут большую погрешность.

Лучше заказать определение фтора в воде в сертифицированной лаборатории, которая числится в общем реестре благонадежных организаций. Сотрудники проведут сложную экспертизу и выдадут точные показания — сообщат, что содержание фтора в питьевой воде в норме, завышено или занижено.

Определение массовой концентрации фторидов проводится разными методиками:

1. Фотометрическим способом — F(-) способны образовать растворимый в воде тройной комплекс синевато-сиреневого цвета, в его состав входят 3 элемента: фторид, лантан, ализарин-комплексон.
2. Потенциометрическим методом — измерение концентрации F(-) с использованием фторселективного электрода на фоне цитратного раствора соли лимонной кислоты с pH = 6.

F(-) легко вступает во взаимодействие со стеклом. Желая установить количественную норму содержания фтора в питьевой воде, необходимо налить пробу в пластиковую посуду, плотно закупорить, очень быстро доставить в лабораторию. Соединения фтора легколетучи, они могут испариться, результаты окажутся неверными.

Влияние фтора в воде на организм человека

Безвредно для организма лишь нормативное содержание фтора в воде. Как избыток, так и недостаток одинаково вредны. Фтор находится во многих пищевых продуктах — в говяжьей печени, орехах, чае, морепродуктах. Более 60 % фторидов поступает в организм из воды. Для нормального функционирования организму достаточно 1-3 мг в сутки, беременным женщинам не более 4 мг.

Избыток фтора в воде негативно влияет на организм — наблюдаются:

• Нарушения щитовидки, нервных импульсов;
• Сердечнососудистые заболевания;
• Воспаления носоглотки, пищеварительного тракта;
• Поражение органов слуха;
• Снижение иммунитета.

Вред от фтора в воде выражается особым заболеванием — флюорозом, при котором наступают изменения костной ткани скелета. Из воды фториды разносятся по всему организму, их большая часть оседает на зубах и костях. На начальной стадии воспаляются челюсти, разрушается зубная эмаль, изменяется цвет зубов. Затем фториды накапливаются в костях, их деформируют. Повышенный уровень фтора в воде вызывает бесплодие и другие неприятные заболевания — остеопороз, рак, болезнь Альцгеймера.

Влияние на организм низкого содержания фтора в питьевой воде выражается тем, что у населения начинаются проблемы с зубами: развивается кариес. Поэтому промышленность выпускает специальные фторовые зубные пасты для защиты от кариеса.

Как очищать воду от фтора

Службы, обеспечивающие бесперебойную подачу водных растворов в промышленных масштабах, и владельцы локальных источников водоподачи должны знать, сколько фтора содержится в воде.

Им предстоит решить две задачи:

Как понизить фтор в воде при его чрезмерном присутствии, как вывести излишки фтора из воды.

Обеспечить оптимальное содержание фтора в питьевой воде при недостатке фторидов.

Нехватка ионов F(-) вызывает проблемы в организме, а переизбыток провоцирует их накапливание в недопустимых размерах, когда фториды начинают действовать как яд. Важно получить профессиональную помощь при выборе способов нормирования фтора в питьевой воде, подходящих очистки воды в загородных домах или для промышленного оборудования.

Подробно о том, как избавиться от фтора в воде, читайте в специальной статье об удалении фторидов из водных растворов.

Источник