Il fluoro è un alogeno appartenente al Gruppo 17 e al 2° Periodo avente configurazione elettronica [He]2s2,2p5.
È contenuto in una varietà di minerali tra cui la fluoroapatite Ca5(PO4)3F, la bararite (NH4)2SiF6 e la fuorite CaF2 che è il minerale più importante e più comune contenente il fluoro.
Il fluoro è l’elemento più reattivo ed elettronegativo, si presenta quando è combinato con il numero di ossidazione -1. Ha una elevatissima energia di ionizzazione e, salvo rarissime eccezioni, non si trova allo stato elementare ma sotto forma di molecola biatomica F2. Il fluoro molecolare è di colore giallo, altamente corrosivo ed infiammabile e reagisce con molti composti sia organici che inorganici.
Nel XIX secolo molti chimici tra cui Gay Lussac, Louis Jacques Thenard, Humphry Davy, Carl Wilhelm Scheele e Joseph Priestley effettuarono esperimenti sulla fluorite ottenendo nella gran parte dei casi acido fluoridrico.
Sintesi del fluoro
Nel 1809 il fisico francese Andre-Marie Ampere intuì che l’acido fluoridrico era costituito da idrogeno e da un elemento sconosciuto. Fu solo nel 1886 che il chimico francese Henri Moissan riuscì ad ottenere per la prima volta il fluoro dopo aver interrotto quattro volte le sue ricerche per le gravi intossicazioni dovute all’elemento che stava cercando. Egli riuscì ad ottenere il fluoro partendo dal fluoruro di calcio: dopo aver trattato il fluoruro di calcio con acido solforico ottenne acido fluoridrico secondo la reazione:
CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2 HF
L’acido fluoridrico acquoso ottenuto dalla reazione fu distillato per ottenere acido fluoridrico anidro che fu trattato con fluoruro di potassio che trasforma HF in bifluoruro di potassio KHF2 sale di potassio dello ione bifluoruro. L’elettrolisi del bifluoruro di potassio dà luogo alla formazione di F2 che si sviluppa all’anodo mentre H2 si sviluppa al catodo:
2 KHF2 → H2 + F2 + 2 KF
Per tale scoperta Moissan ottenne nel 1906 il Premio Nobel per la Chimica.
Solo nel 1986 il chimico tedesco Karl Otto Christe ha ottenuto per la prima volta l’elemento senza avvalersi di tecniche elettrochimiche. Usò una soluzione di acido fluoridrico, potassio esafluoromanganato (IV) e pentafluoruro di antimonio:
2 K2MnF6 + 4 SbF5→ 4 KSbF6 + 2 MnF3 + F2
Proprietà
La bassa energia di legame tra i due atomi rendono la molecola di F2 poco stabile con conseguente elevata reattività: esso forma infatti composti con quasi tutti gli elementi compresi i gas nobili con cui forma una varietà di composti tra cui l’esafluoroplatinato di xeno, composto chimico che si presenta come un solido color giallo arancio e avente formula XePtF6 che fu il primo composto in cui è presente un gas nobile ottenuto per la prima volta nel 1962 dal chimico Neil Berlett.
Stante l’alta reattività molte reazioni in cui esso è coinvolto sono improvvise ed esplosive: molte sostanze scarsamente reattive come acciaio ridotto in polvere, frammenti di vetro e fibre di amianto reagiscono rapidamente con il fluoro.
Reazioni
Reagisce violentemente con l’idrogeno secondo la reazione esotermica:
F2 + H2 → 2 HF ΔH = – 537 kJ
La reazione avviene anche a basse temperature e in assenza di luce.
Il fluoro reagisce:
- con l’acqua per dare ossigeno molecolare e ozono:
2 F2(g) + 2 H2O(l) → O2(g) + 4 HF(aq)
3 F2(g) + 3 H2O(l) → O3(g) + 6 HF(aq)
- con i metalli e, in particolare, con i metalli alcalini in modo esplosivo per dare fluoruri:
2 Me(s) + F2(g) → 2 MeF(s)
I metalli alcalino-terrosi reagiscono in modo meno violento con il fluoro mentre altri metalli come l’alluminio, il rame e il ferro devono essere ridotti in polvere in quanto a contatto con il fluoro si passivano formando uno strato sottile di fluoruro metallico che impedisce una ulteriore fluorurazione.
Stante l’elevato valore del potenziale normale di riduzione del fluoro relativo alla semireazione:
F2(g) + 2 e– → 2 F–(aq) per la quale E° = + 2.87 V
E’ un ottimo agente ossidante; ad esempio quando viene fatto gorgogliare in una soluzione di clorato di potassio lo ossida a perclorato:
F2 + 2 KClO3 + H2O → 2 HF + KClO4
Reagisce con gli altri alogeni in diverse condizioni per dare i composti interalogeni.
Reagisce con soluzioni basiche diluite per dare il fluoruro di ossigeno:
2 F2(g) + 2 OH–(aq) → OF2(g) + 2 F–(aq) + H2O(l)
Composti
Forma moltissimi composti tra cui i fluoruri tra cui l’ esafluoruro di uranio UF6 utilizzato nei processi di arricchimento dell’uranio per l’ottenimento di combustibili nucleari e di arricchimento dell’uranio.
E’ presente negli organofluoruri composti in organici in cui è presente il fluoro al posto di uno o più atomi di idrogeno con conseguente alterazione delle proprietà delle molecole a cui conferisce elevata inerzia chimica.
Il tetrafluoroetilene, composto fluorurato organico viene usato per ottenere il politetrafluoroetilene noto con il nome di teflon.
I fluoroclorocarburi tra cui il freon era utilizzato negli impianti di aria condizionata e nella refrigerazione. Attualmente stati vietati in quanto si ritiene che possano contribuire all’assottigliamento dello strato di ozono.
Composti contenenti fluoro come il fluoruro di stagno (II), fluoruro di sodio, monofluorofosfato di sodio e fluoro amminico vengono usati nei dentifrici e nei collutori per la prevenzione della carie.