Thực đơn
Fluor
Số lượng hợp chất hóa học liên quan đến fluor là rất lớn, bao gồm cả phạm vi hữu cơ và vô cơ. Fluor kết hợp được với kim loại, phi kim, á kim và phần lớn khí hiếm,[96] và thường có trạng thái oxy hóa là −1 trong các hợp chất này.[gc 10] Ái lực electron cao của fluor dẫn đến ưu tiên về liên kết ion: khi nó tạo thành liên kết cộng hóa trị, chúng là các liên kết có cực và gần như luôn luôn là liên kết đơn.[99][100][gc 11]
Kim loại kiềm tạo thành muối ion monofluoride và dễ tan; chúng có cấu trúc dạng lập phương như natri chloride và các muối chloride tương tự.[101][102] Muối difluoride của kim loại kiềm thổ chứa các liên kết ion mạnh nhưng không tan trong nước,[85] ngoại trừ beri fluoride, một chất biểu thị một số đặc trưng cộng hóa trị và có cấu trúc giống với thạch anh.[103] Đất hiếm và nhiều kim loại khác tạo thành muối trifluoride, đa số trong đó là muối ion.[104][105][106]
Liên kết cộng hóa trị dễ thấy rõ trước tiên là ở muối tetrafluoride: muối của zirconi, hafni[107][108] và một số nguyên tố họ Actini[109] là muối ion với nhiệt độ nóng chảy cao,[110][gc 12] trong khi muối của titani,[113] vanadi,[114] và niobi là muối trùng hợp,[115] nóng chảy hoặc phân hủy ở nhiệt độ không quá 350 °C (660 °F).[116] Muối pentafluoride tiếp tục xu hướng này với các polyme nằm theo đường thẳng và phức hệ oligome.[117][118][119] Có 13 muối hexafluoride kim loại đã biết,[gc 13] tất cả đều có dạng bát diện, và phần lớn chúng là chất rắn dễ bay hơi ngoại trừ chất lỏng MoF6 và ReF6, và chất khí WF6.[120][121][122] Rheni(VII) fluoride, loại muối heptafluoride kim loại duy nhất được mô tả rõ ràng, là một chất rắn phân tử nóng chảy chậm có dạng hình học phân tử tháp đôi năm cạnh.[123] Muối fluoride kim loại với nhiều nguyên tử fluor hơn có khả năng phản ứng đặc biệt cao.[124]
| Cấu trúc của muối fluoride kim loại | ||
| Natri fluoride, muối ion | Bitmut pentafluoride, muối trùng hợp | Rheni heptafluoride, muối phân tử |
Hydro kết hợp với fluor để tạo thành hydro fluoride, trong đó các phân tử rời rạc tập trung thành cụm bằng liên kết hydro, tương tự với nước nhiều hơn hydro chloride.[125][126][127] Nó sôi tại nhiệt độ cao hơn nhiều so với các hydro halogenua nặng hơn và bị trộn lẫn hoàn toàn với nước, khác với các hydro halogenua này.[128] Hydro fluoride dễ bị hydrat hóa khi tiếp xúc với nước để tạo thành dung dịch hydro fluoride, hay còn gọi là acid fluorhydric. Không giống các acid hydrohalogenic khác, vốn là các acid mạnh, acid fluorhydric là một acid yếu ở nồng độ thấp,[129][gc 14] có hằng số điện ly acid pKa bằng 3,17 ở 25 °C.[131] Tuy nhiên, nó có thể làm ăn mòn thủy tinh, điều mà các acid khác không thể làm được.[132]
Hợp chất fluoride hai nguyên tố của á kim và phi kim khối p thường là hợp chất cộng hóa trị và dễ bay hơi, với khả năng phản ứng khác nhau. Phi kim chu kỳ 3 trở về sau có thể tạo thành hợp chất fluoride siêu hóa trị.[134]
Bo trifluoride có dạng phẳng và chứa một bát tử chưa hoàn chỉnh. Nó có tính chất giống acid Lewis và kết hợp với bazơ Lewis như amoniac để tạo thành sản phẩm cộng.[135] Carbon tetrafluoride có dạng tứ diện và là chất trơ;[gc 15] các hợp chất cùng nhóm với nó, silic và germani tetrafluoride, cũng có dạng tứ diện[136] nhưng hoạt động giống một acid Lewis.[137][138] Các nguyên tố nhóm nitơ tạo thành hợp chất trifluoride có khả năng phản ứng và tính bazơ tăng dần khi khối lượng mol càng lớn, mặc dù nitơ trifluoride chống lại sự thủy phân và không có tính bazơ.[139] Hợp chất pentafluoride của photpho, asen, và antimon có khả năng phản ứng lớn hơn so với hợp chất trifluoride tương ứng, trong đó antimon pentafluoride là acid Lewis trung tính mạnh nhất đã biết.[117][140][141]
Hợp chất fluoride của các nguyên tố nhóm chalcogen gồm nhiều loại khác nhau: hợp chất difluoride không bền tồn tại đối với oxy (hợp chất duy nhất đã biết mà trong đó oxy có trạng thái oxy hóa +2), lưu huỳnh, và selen. Hợp chất tetrafluoride và hexafluoride của lưu huỳnh, selen và telu cũng tồn tại; đó là hợp chất bền do có nhiều nguyên tử fluor hơn và các nguyên tử trung tâm nhẹ hơn, nên lưu huỳnh hexafluoride là chất đặc biệt trơ về mặt hóa học.[142][143] Clo, brom và iot có thể tạo thành các hợp chất mono-, tri- và pentafluoride, nhưng chỉ có iot heptafluoride là xác định được đặc tính trong số các hợp chất heptafluoride của hợp chất halogen có thể có.[144] Nhiều loại hợp chất trong số này là nguồn chính tạo ra nguyên tử fluor và các hoạt động công nghiệp sử dụng chlor trifluoride yêu cầu biện pháp phòng ngừa tai nạn tương tự như khi sử dụng fluor.[145][146]
Khí hiếm, những nguyên tố có các lớp electron hoàn chỉnh, không có phản ứng nào với các nguyên tố hóa học khác cho đến năm 1962 khi Neil Bartlett phát hiện và tổng hợp được xenon hexafluoroplatinat;[148] xenon difluoride, tetrafluoride, hexafluoride, và nhiều hợp chất oxyfluoride đã được phân lập thành công kể từ đó.[149] Trong các khí hiếm khác, krypton tạo thành muối difluoride,[150] và radon phản ứng với fluor để tạo thành một chất rắn được cho là radon difluoride.[151][152] Muối fluoride hai nguyên tố của các khí hiếm nhẹ hơn là loại muối không bền cá biệt: argon và hydro fluoride kết hợp với nhau trong điều kiện vô cùng đặc biệt để sinh ra argon fluorohydride.[38] Không có muối fluoride nào của heli và neon tồn tại lâu,[153] và chưa có muối neon fluoride nào từng được quan sát;[154] heli fluorohydride được ghi nhận là có thể thấy được trong vòng vài phần nghìn giây ở áp suất cao và nhiệt độ thấp.[153]
Liên kết carbon−fluor là liên kết mạnh nhất trong hóa hữu cơ,[156] và làm cho các hợp chất organofluorine có tính bền.[157] Nó gần như không tồn tại trong tự nhiên, nhưng có trong các hợp chất tổng hợp. Các nghiên cứu trong lĩnh vực này thường được thúc đẩy bởi những ứng dụng trong sản xuất thương mại;[158] các hợp chất liên quan rất đa dạng và phản ánh độ phức tạp vốn có trong hóa hữu cơ.[91]
Sự thay thế liên tục các nguyên tử hydro trong một alkane bằng các nguyên tử fluor làm biến đổi tính chất hóa học của nó một cách từ từ: điểm nóng chảy và điểm sôi giảm xuống, mật độ tăng lên, tính tan trong các hydrocarbon giảm và tính bền tổng thể tăng. Perfluorocarbon,[gc 16] những chất trong đó các nguyên tử hydro bị thay thế hết, không tan trong phần lớn dung môi hữu cơ, chỉ xảy ra phản ứng với natri trong amoniac lỏng ở điều kiện xung quanh.[159]
Thuật ngữ hợp chất perfluor hóa được dùng cho những hợp chất vốn có thể là perfluorocarbon nếu không phải do sự xuất hiện của một nhóm chức,[160][gc 17] thường là acid carboxylic. Các hợp chất này cũng có nhiều tính chất tương tự như perfluorocarbon, chẳng hạn như tính bền và tính kỵ nước,[162] trong khi nhóm chức làm tăng khả năng phản ứng của chúng, cho phép chúng bám vào bề mặt hoặc trở thành chất hoạt động bề mặt;[163] đặc biệt, chất hoạt động bề mặt fluor hóa có thể làm giảm sức căng bề mặt của nước nhiều hơn so với các đồng đẳng dựa trên hydrocarbon của chúng. Fluorotelome, những chất có một vài nguyên tử carbon chưa bị fluor hóa gần nhóm chức, cũng được xem là hợp chất perfluor hóa.[162]
Polyme cũng thể hiện tính bền tăng dần do sự thay thế các nguyên tử hydro bằng fluor trong các phân tử rời rạc; điểm nóng chảy của chúng cũng thường tăng lên như vậy.[164] Polytetrafluorethylene (PTFE), loại fluoropolyme đơn giản nhất và là đồng đẳng perfluoro của polyethylene với đơn vị cấu trúc là –CF2–, thể hiện sự thay đổi này theo dự đoán, nhưng điểm nóng chảy rất cao của nó làm nó khó có thể được dập khuôn.[165] Một số dẫn xuất PTFE chịu được nhiệt độ thấp hơn nhưng dễ dập khuôn hơn: nhựa FEP thay một số nguyên tử fluor bằng nhóm trifluorometyl, nhựa PFA làm tương tự với nhóm trifluoromethoxy,[165] và Nafion chứa các xích bên perfluoroete kết thúc bằng nhóm acid sulfonic.[166][167] Một số fluoropolyme khác vẫn giữ lại một vài nguyên tử hydro; polyvinylidene fluoride chứa lượng nguyên tử fluor bằng một nửa của PTFE và polyvinyl fluoride chứa lượng bằng một phần tư, nhưng cả hai đều có tính chất giống polyme perfluor hóa.[168]
Thực đơn
FluorLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Fluor