Flo là gì? Tính chất, đặc điểm và các ứng dụng của Flo?

1. Flo là gì? 

Flo là một nguyên tố hóa học có ký hiệu là F và số hiệu nguyên tử là 9. Đây là halogen nhẹ nhất và tồn tại dưới dạng chất khí rất độc, màu vàng nhạt ở điều kiện tiêu chuẩn.

Flo được tìm ra vào năm 1771 bởi nhà hóa học Thụy Điển Sile, nhưng phải đến năm 1886 mới được điện phân thành khí flo tự do bởi nhà hóa học Pháp Moissan. Khí flo có màu vàng nhạt, rất độc và hoạt động hóa học mạnh. Flo có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố khác, trừ heli, neon và argon. Flo có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y tế, như sản xuất các loại nhựa, kim loại, thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa hay chất khử trùng.

2. Tìm hiểu về Flo:

2.1. Tính chất vật lí:

– Flo (F) là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm halogen, có số hiệu nguyên tử là 9 và khối lượng nguyên tử chuẩn là 18,998.

– Flo là chất khí màu vàng nhạt, rất độc, ở điều kiện tiêu chuẩn.

– Flo có nhiệt độ nóng chảy là 53,48 K (−219,67 °C) và nhiệt độ sôi là 85,03 K (−188,11 °C). – Flo có mật độ là 1,696 g/L (ở 0 °C, 101.325 kPa) và mật độ ở thể lỏng là 1,505 g/cm3.

– Flo có cấu trúc tinh thể lập phương và độ dẫn nhiệt là 0,02591 W/m.K.

– Flo có trạng thái ôxy hóa là −1 và độ âm điện cao nhất trong bảng tuần hoàn là 3,98 theo thang Pauling.

– Flo có năng lượng ion hóa thứ nhất là 1.681 kJ/mol và năng lượng ion hóa thứ hai là 3.374 kJ/mol.

2.2. Tính chất hóa học:

Chất Flo có độ âm điện lớn nhất trong bảng tuần hoàn hóa học (3,98), do đó là phi kim mạnh nhất và có tính oxi hóa mạnh nhất.

Chất Flo có thể tham gia phản ứng với hầu hết các kim loại và phi kim, tạo thành các florua với số oxi hóa -1.

– Tác dụng với kim loại: F2 oxi hóa được hầu hết kim loại, kể cả Au, Pt, tạo ra các muối fluoride có công thức chung là MF hay MFn (n là số oxi hóa của kim loại). Ví dụ:

F2 + 2Na → 2NaF

F2 + Pt → PtF4

– Tác dụng với hiđro: F2 phản ứng nổ mạnh với H2 ngay ở nhiệt độ thấp, tỏa nhiệt mạnh, tạo ra hydrogen fluoride HF. Ví dụ:

F2 + H2 → 2HF

– Tác dụng với nước: F2 phản ứng với nước tạo ra hydrogen fluoride HF và oxy O2. Ví dụ:

F2 + H2O → HF + O2

– Tác dụng với phi kim: F2 phản ứng với các phi kim khác như C, S, P, N, Cl, Br, I tạo ra các hợp chất fluoride có công thức chung là XF hay XFn (n là số oxi hóa của phi kim). Ví dụ:

F2 + C → CF4

F2 + S → SF6

F2 + P4 → PF5

F2 + N2 → N2F4

F2 + Cl2 → ClF3

F2 + Br2 → BrF5

F2 + I2 → IF7

– Phản ứng trao đổi: tương tự kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối, flo có khả năng thế chỗ các halogen khác ra khỏi các hợp chất ion hoặc hợp chất công hóa trị.

F2 + 2KClrắn →môi trường lạnh 2KF + Cl2

F2 + KBrdd → 2KF + Br2

Nếu dư F2 còn có phản ứng:

Br2 + 5F2 + 6H2O → 2HBrO3+ 10HF

và có một phần flo tác dụng với H2O

2F2 + 2H2O ⟶ 4HF + O2

Phản ứng này giải thích vì sao F2 không đẩy Cl2, Br2, I2 ra khỏi dung dịch muối hoặc axit trong khi flo có tính oxi hóa mạnh hơn.

– Phản ứng với các dung dịch kiềm: Khác với các halogen khác, Flo không tạo muối chứa oxi. Khi phản ứng với kiềm loãng (thí dụ NaOH 2%) lạnh tạo ra Oxidiflorua và muối florua.

2F2+ 2NaOH →  2NaF + OF2+ H2O

OF2 độc và có tính oxi hóa mạnh

OF2+ H2O → 2HF + O2

– Phản ứng riêng: Có thể sử dụng F2 hoặc HF để khắc thủy tinh vì chúng có khả năng ăn mòn thủy tinh

2F2+ SiO2 → SiF4 + O2

2.3. Điều chế Flo:

Cách điều chế F2 là một vấn đề khó khăn trong hóa học vì F2 là chất có tính oxi hóa mạnh nhất và không có chất nào có thể oxi hóa F- thành F2. Cách duy nhất điều chế F2 là điện phân KF tan trong HF lỏng khan (không có mặt H2O) ở nhiệt độ cao. Dùng dòng điện một chiều 8-12 von, 4000-6000 ampe, bình điện phân có catôt làm bằng thép đặc biệt hoặc bằng đồng và anôt làm bằng than chì (graphit). Phản ứng điện phân có thể viết như sau:

2KF + 2HF → 2K + F2 + H2

2KF + 2HF -> 2KHF2

2KHF2 -> 2KF + H2 + F2

F2 được thu được ở anôt, H2 được thu được ở catôt.

F2 sinh ra ở anôt sẽ thoát ra khỏi dung dịch và được thu gom. K sinh ra ở catôt sẽ phản ứng với HF để tạo thành KF, duy trì nồng độ của dung dịch. H2 sinh ra ở catôt cũng thoát ra khỏi dung dịch và được loại bỏ.

2.4. Ứng dụng của Flo:

F2 có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y tế, nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề môi trường và sức khỏe.

Một số ứng dụng của F2 trong công nghiệp bao gồm:

– Fluoride vô cơ: được sử dụng để sản xuất các loại thủy tinh, sứ, phân bón, chất tẩy rửa, chất khử trùng, chất điều chế nhiệt độ và áp suất trong các quá trình công nghệ.

– Fluoride hữu cơ: được sử dụng để sản xuất các loại khí làm lạnh, polyme, chất hoạt động bề mặt, sản phẩm nông hóa học. Ví dụ như freon, teflon, fluorocarbon, fluorouracil.

– Fluorine: được sử dụng để khắc laser trên các bề mặt kim loại, thủy tinh và nhựa. Cũng được sử dụng để tạo ra các loại hợp chất hữu cơ có tính chất sinh học cao.

Một số ứng dụng của F2 trong y tế bao gồm:

– Chăm sóc răng miệng: fluoride được sử dụng để bảo vệ men răng khỏi sâu răng và viêm nướu. Fluoride có thể được bổ sung vào kem đánh răng, nước súc miệng hoặc nước uống.

– Dược phẩm: fluoride được sử dụng để sản xuất các loại thuốc có tác dụng chống ung thư, chống viêm, chống nhiễm trùng, chống loãng xương. Ví dụ như fluorouracil, ciprofloxacin, alendronate.

– Chụp PET: fluoride được sử dụng để tạo ra các loại phóng xạ có thể theo dõi hoạt động của các mô và cơ quan trong cơ thể. Ví dụ như fluorodeoxyglucose.

Tuy nhiên, F2 cũng có những tác hại đối với môi trường và sức khỏe, như:

– Độc tính: F2 là một chất khí rất độc và ăn mòn da, niêm mạc và xương. Nếu tiếp xúc quá liều với F2 hoặc các hợp chất của nó, người ta có thể bị bỏng, viêm phổi, suy thận hoặc tử vong.

– Vấn đề môi trường: F2 và các hợp chất của nó có thể gây ra hiệu ứng nhà kính, suy giảm tầng ozone và ô nhiễm nước ngầm. Ngoài ra, F2 cũng có thể tích lũy trong các sinh vật sống và gây ra rối loạn chức năng.

2.5. Cách bảo vệ bản thân khỏi phơi nhiễm F2:

Để bảo vệ bản thân khỏi phơi nhiễm F2, bạn nên:

– Tránh tiếp xúc với F2 hoặc các hợp chất của nó, đặc biệt là ở dạng khí hoặc lỏng. Nếu bạn làm việc với F2 hoặc các hợp chất của nó, hãy làm theo các hướng dẫn an toàn và sử dụng thiết bị bảo vệ thích hợp, chẳng hạn như găng tay, kính bảo hộ, khẩu trang và mặt nạ phòng độc.

– Nếu bạn tiếp xúc với F2 hoặc các hợp chất của nó, hãy tìm kiếm sự chăm sóc y tế ngay lập tức. F2 có thể gây bỏng nặng, viêm và tổn thương da, mắt, mũi, cổ họng, phổi và xương. Bạn có thể cần điều trị khẩn cấp, chẳng hạn như xả nước bằng nước, trung hòa bằng gel canxi gluconate, hoặc quản lý oxy hoặc thuốc giải độc.

– Nếu bạn tiếp xúc với F2 hoặc các hợp chất của nó trong môi trường, hãy hạn chế tiếp xúc bằng cách ở trong nhà, đóng cửa sổ và cửa ra vào, tắt điều hòa không khí và quạt. Bạn cũng có thể cần phải sơ tán khỏi khu vực nếu được chính quyền hướng dẫn.

– Nếu bạn tiếp xúc với F2 hoặc các hợp chất của nó trong thực phẩm hoặc nước, tránh ăn hoặc uống chúng. Bạn có thể cần sử dụng nước đóng chai hoặc bộ lọc nước để loại bỏ florua. Hoặc cần theo dõi lượng fluoride từ các nguồn khác, chẳng hạn như kem đánh răng hoặc chất bổ sung.

5. Bài tập vận dụng liên quan:

Câu 1: Trong hợp chất, nguyên tố Flo thể hiện oxi hóa là

A. 0.

B. +1.

C. -1.

D. +3.

Đáp án: C.

Nguyên tố flo có tính âm điện lớn nhất nên phi kim có tính oxi hóa mạnh nhất. Trong hợp chất Flo chỉ thể hiện số oxi hóa -1.

Câu 2: Phát biểu nào sau đây là sai?

A. Trong tự nhiên, flo chỉ có ở dạng hợp chất.

B. Trong hợp chất, các halogen đều có thể có số oxi hóa: -1, +1, +3, +5, +7.

C. Tính oxi hóa của halogen giảm dần từ flo đến iot.

D. Các halogen khá giống nhau về tính chất hóa học.

Đáp án: B.

Trong hợp chất, flo chỉ thể hiện số oxi hóa là -1.

Câu 3: Cấu hình electron ngoài cùng của các ion halogenua (X-) là

A. ns2np4

B. ns2np5

C. ns2np6

D. (n – 1)d10ns2np5

Đáp án: C.

Câu 4: Trong các chất sau, chất nào có tính oxi hóa mạnh nhất?

A. Flo.

B. Clo.

C. Brom.

D. Iot.

Đáp án: A.

Câu 5: Liên kết trong phân tử halogen (X2) có đặc điểm là

A. bền.

B. rất bền.

C. không bền lắm.

D. rất yếu.

Đáp án: C.

Liên kết trong phân tử halogen không bền lắm, chúng dễ tách thành 2 nguyên tử.