آموزش شیمی دبیرستان / استان خوزستان

فلوئور الكترونگاتيوترين عنصر جدول تناوبي است و مي‌تواند با ساير عناصر تركيب شود. اين ماده در انرژي اتمي و صنايع پيشرفته كاربرد زيادي دارد. يكي از مهمترين منابع عنصر فلوئور كاني فلوئوراسپار بوده كه از تركيب اين كاني با اسيد سولفوريك، فلوريد هيدروژن توليد مي‌شود كه ماده اوليه براي توليد تركيبات فلوئور است. مهمترين تركيبات فلوئور، آلومينيوم‌تري فلورايد و كريوليت مي‌باشند كه در صنايع آلومينيوم سازي از اهميت خاصي برخوردارند. آلومينيوم‌تري فلورايد، كريستال سفيد رنگي است كه به عنوان مكمل الكتروليت در صنايع توليد آلومينيوم مصرف فراواني دارد. اسم فلورين و فلوئور اسپار از كلمه لاتين Fluere به معني جريان يا فلاكس مي‌باشد. در سال 1525 استفاده از فلوئور اسپار به عنوان فلاكس مطرح گردد. از سال 1546 به بعد معادن فلورين در حد اقتصادي مورد بهره‌برداري قرار گرفت. قبل از اين تاريخ تنها بلورهاي درشت فلورين به عنوان زينت و براي ساختن ظروف و مجسمه در برخي از كشورها معمول بوده است.

فلورين يكي از عناصر كمياب و نادري است كه در سنگ هاي پوسته زمین يافت مي شود. فلورين هجدهمین عنصر فراوان در پوسته زمین است و ميانگين آن در پوسته زمین در حدود 300 پي پي ام است. در سال 1670 حكاكي بر روي شيشه بوسيله فلوئور اسپار تركيب شده با اسيد گزارش شد. مصرف هيدروژن فلورايد در توليد كلر و فلوئور و كربن‌ها به عنوان سرد كننده و نيز آلومينيوم فلورايد و كريوليت به عنوان كمك ذوب از سالهاي 1930 شروع گرديد. جنگ جهاني دوم باعث تحولات عظيمي در زمينه توليد و مصرف هيدروژن در آلكيلاسيون و توليد سوخت هواپيما و در توليد اورانيوم هگزا فلورايد به عنوان تغليظ كننده اورانيوم گرديد. آ . اي . فرسمان دانشمند روسي اين عنصر را «همه چيز خور» خوانده است و بي‌شك تعداد بسيار كمي از اجسام، چه طبيعي و چه ساخته دست انسان، وجود دارند كه بتوانند در برابر اثر فلوئور مقاومت كنند. سرگذشت فلوئور خود حاكي از اين خصوصيت آن است. به استثناي گازهاي نادر، فلوئور آخرين غيرفلزي بود كه به صورت آزاد تهيه شد. يكصد سال از تاريخ پيشگويي وجود چنين عنصري گذشت تا آنكه دانشمندان قادر به توليد آن به صورت گازي شدند. شيميدانان در طي اين دوره پانزده بار دست به تهيه آن زدند ولي هر بار كوشش‌هايشان بي‌ثمر ماند و در موارد متعددي حتي جان خود را از دست دادند. در عين حال كاني طبيعي معروف فلوئور يعني فلورين از زمانهاي بسيار دور براي هر كلكسيونر سنگي آشنا بوده است. نام اين كاني بي‌ضرر در دست نوشته‌هاي مربوط به قرن شانزدهم هم ذكر شده است. اما وقتي براي اولين بار اسيد فلوئوريديك را ساخت. تنها چيزي كه مي‌دانيم اين است كه در سال 1670 ميلادي صنعتگر نومبرگي اشتوانهارد اثر خورنده آن را بر شيشه مشاهده كرد. اشوانهارد و بسياري ديگر پس از وي معتقد بودند كه اچينگ شيشه به خاطر اسيد سيليسيك است، در حاليكه اكنون همه مي دانيم اين اسيد فلوئوريدريك است كه بر شيشه اثر مي‌كند. يك قرن گذشت تا آنكه شيله آزمايشاتي بر روي فلورين انجام داد. او دو نوع فلورين سبز و سفيد را مورد مطالعه قرار داد. اين دانشمند نمونه‌اي پودر شده را همراه با اسيد سولفوريك حرارت داد و متوجه شد كه سطح داخلي شيشه ظرف آزمايش مات شد و رسوب سفيد رنگي بر كف آن نشست. او چنين فرض كرد كه فلورين خاك آهك داري اشباع از يك اسيد نامعلوم است و با افزودن آب آهك به اين اسيد فلوئوريني مصنوعي، مشابه با كاني طبيعي ساخت. سال 1771 ميلادي، يعني سال جداسازي اسيد فلوئوريدريك را تاريخ كشف فلوئور در نظر مي‌گيرند، گرچه اين تاريخ به ندرت مورد تصديق همگان است. ماهيت اسيدي كه شيله به دست آورد و در آن زمان آن را اسيد سوئدي خواند نامشخص ماند. بر سر اين موضوع يعني كشف اسيدفلوئوريدريك توسط شيله در محافل علمي جنجال بود اما هر سال كه مي‌گذشت درستي ادعاي او بيشتر آشكار مي‌شد. به اين ترتيب اسيد فلوئوريدريك وارد طبقه‌بندي تركيبات شيميائي شد و دانشمندان به تدريج متقاعد شدند كه اين تركيب حاوي يك عنصر شيميائي جديد است. لاووازيه اين انديشه را وقت بخشيد و راديكال اسيد فلوئوريدريك (راديكال فلوئوريك) را به عنوان يك جسم ساده وارد «جدول اجسام ساده» كرد. البته لاووازيه به اشتباه فكر مي‌كرد كه اين اسيد حاوي اكسيژن است و اين اشتباه البته قابل درك است چون در آن زمان شيميدانان بر اين باور بودند كه اكسيژن جزء لاينفك همه اسيدهاست. خلوص اسيد به دست آمده به روش شيله همچنان به عنوان يك مسئله برجاي ماند تا آنكه در سال 1809 ميلادي، گي‌لوساك و تنار اسيد فلوئوريدريكي نسبتاً خالص به دست آوردند. روش كار آنها اين بود كه فلورين را با اسيد سولفوريك در يك ظرف تقطير سربي حرارت دادند. هر دوي اين دانشمندان در طي آزمايشات خود چندين بار مسموم شدند. يك سال بعد حادثه‌اي مهم در تاريخ كودكي فلوئور روي داد. دو دانشمند معروف، ديوي انگليسي و آ. آمپر فرانسوي هر يك مستقلاً تركيب اسيد فلوئوريدريك را عاري از اكسيژن دانستند. آنها مصرانه مي‌‌انديشيدند كه اين اسيد تركيبي مشابه با اسيد كلريدريك يعني تركيبي شامل هيدروژن و يك عنصر ناشناخته است. ديوي اولين كسي بود كه سعي در به دست آوردن فلوئور خالص كرد، اما نتوانست فلوئور را به صورت آزاد تهيه كند. وي در مدت دو سال (1813 و1814 م.) تلاش دو روش را به كار برد. روش الكتروشيميائي كه تا آن زمان موجب تهيه سديم، پتاسيم، كلسيم و منيزيم شده بود و روش اثر كلر بر فلوئوريدها. الكتروليز اسيد فلوئوريدريك بي‌نتيجه بود و روش دوم نيز سودي نداشت و بيماري سختي كه حاصل كار با تركيبات فلوئور بود. ديوي را واداشت تا آزمايشهايش را متوقف كند. با همه اينها او از جمله اولين كساني بود كه با تركيبات فلوئور بود. ديوي را واداشت تا آزمايشهايش را متوقف كند. با همه اينها او از جمله اولين كساني بود كه جرم اتمي فلوئور را تعيين كرد. (عددي كه او گزارش كرد 06/19 بود). آزمايشات بي‌ثمر ديوي و بيماري او هشدار و اعلام خطري به ديگر دانشمندان بود و تقريباً به مدت بيست سال هيچ كس در جهت تهيه فلوئور آزاد تلاشي نكرد. تنها شاگرد و دستيار معروف ديوي، فارادي در سال 1834 م. (يعني پس از مرگ ديوي) كوشيد تا معماي تهيه فلوئور آزاد را حل كند اما او حتي با الكتروليز فلوئوريدهاي مذاب هم نتوانست به نتيجه‌اي برسد. در مورد نام فلوئور هم بايد گفت كه آمپر كلمه يوناني فتورس به معني مخرب را به خاطر فعاليت شيميائي شديد فلوئور انتخاب كرد. اما ديوي كلمه فلوئوراين را مشابهت با كلمه «كلراين، پيشنهاد كرد كه البته ما در فارسي به جاي اين دو، معادل فرانسه آنها يعني فلوئور و كلر را به كار مي‌بريم. در سال 1836 ميلادي برادران ناكس ايرلندي به قصد حل اين مشكل به ميدان آمدند. آنها در طي پنج سال آزمايشات خطرناكي انجام دادند كه هيچ يك به نتيجه‌اي نرسيد. اين دو برادر در طول كار به شدت مسموم شدند. و ر.ناكس، يكي از آنها، جان خود را از دست داد. در سال 1846 ميلادي پ. لايت، دانشمند بلژيكي و سپس دانشمند فرانسوي د. نيكلس، نيز به سرنوشت برادران ناكس دچار شدند. سرانجام در سالهاي 1856-1854 ميلادي اي. فرمي استاد» اكول پلي تكنيك پاريس ظاهراًدر تهيه فلوئور آزاد موفق شد. او فلوئور كلسيم مذاب بي‌آب را تجزيه الكتريكي كرد و در نتيجه كلسيم فلزي بر روي كاتد رسوب كرد در حالي كه در آند گازي آزاد شد كه چيزي جز فلوئور نمي‌توانست باشد. اما ديدن چند حباب كافي نبود. در هر حال اي. فرمي يكي از كاشفان فلوئور است و حق او كمتر از شيله نيست. در سال 1869 ميلادي دانشمند انگليسي جي. گور مقادير كمي فلوئور آزاد كرد كه بلافاصله با هيدروژن واكنش انفجار آميزي نشان داد. به همين ترتيب ده محقق ديگر به اميد تهيه فلوئور آزاد دست به كار شدند كه نام آنها در تاريخ ثبت شده است. سرانجام لحظه‌اي فرا رسد كه ا. مواسان سرنوشت فلوئور را در دستهاي خود گرفت. او ابتدا خطاهاي پيشينيان خود را تحليل كرد و به روشني دريافت كه كوششهاي فارادي، اي. فرمي و جي. گور به اين خاطر به شكست انجاميده است كه آنها نمي‌توانسته‌اند بر ميل تركيبي شديد فلوئور كه باعث تركيب شديد و آني فلوئور با هر چيزي، از جمله مصالح مصرفي در ساخت ابزار آزمايشگاه، مي‌شود فائق آيند. مواسان همچنين بر اشتباه آن دسته از محققين كه سعي در جدا كردن فلوئور به وسيله اثر كلر بر فلوئوريدها داشتند واقف بود و مي‌دانست كه كلر بايد اكسيد كننده ضعيف‌تري در مقايسه با فلوئور باشد. مواسان مشكل جدا كردن فلوئور را با استفاده از ظرفي يو شكل حل كرد. او ابتدا از ظرفي پلاتيني استفاده كرد اما بعد به اين نتيجه رسيد كه ظرف مسي بايد بسيار مناسب‌تر باشد زيرا نه فلوئور مي‌تواند بر فلوئوريد مس تشكيل شده بر سطح مس اثر كند و نه فلوئوريدها با آن تركيب مي‌شوند. مواسان اين ظرف U شكل مسي را از اسيد فلوئوريدريك بي‌آب پر كرد و مقدار كمي بي‌فلوئوريد پتاسيم به آن افزود تا محلول هدايت الكتريكي پيدا كند. اين ظرف را در يك مخلوط سرد كننده در دمايC °25- قرار داد و الكترودهاي پلاتيني را از درون درپوشهاي فلوئوريد كلسيم به ظرف وارد كرد. در اثر الكتروليز هيدروژن در كاتد و فلوئور در آند آزاد شد و او فلوئور را در لوله‌هاي مسي جمع‌آوري كرد. در روز 26 ژوئن 1886 ميلادي ”مواسان“ اولين آزمايش موفقت آميز خود را كه ضمن آن در اثر واكنش فلوئور با سيلسيم شعله‌اي مشاهده كرد انجام داد. پس از آن گزارش محترمانه‌اي به آكادمي علوم پاريس فرستاد و در آن نظرات مختلفي كه در مورد ماهيت اين كار امكان داشت مطرح شود درج كرد. ساده ترين اين نظرات اين بود كه اين كار ممكن است پر و فلوئوريد هيدروژن و يا حتي مخلوطي از فلوئوريد هيدروژن و ازن باشد. ميزان فعاليت اين مخلوط آنقدر زياد بود كه اثر شديد آن بر اسيد سيليسيك بلوري را توجيه مي‌كرد. به اين ترتيب پس از انجام موفقيت‌آميز آزمايش در حضور اعضاي اكادمي پاريس همگي گواهي بر موفقيت او دادند و سال 1886 ميلادي يعني سال تهيه فلوئور آزاد سالي تاريخي، مهمتر از روزها و سالهاي تاريخي ديگر، در بيوگرافي فلوئور شد.