РОЗДІЛ 2
ФТОР У ПРИРОДНОМУ СЕРЕДОВИЩІ
2.1.Фтор і його геохімічні особливості
Фтор (Fluorum) - хімічний елемент VII групи періодичної системи елементів Менделєєва. Фтор відносять до галогенів, атомна маса - 19,984, температура плавлення - 219?С, температура кипіння - 188?С, щільність газоподібного фтору 1,693 г/л, щільність рідкого d=1,5127 г/см3. В усіх своїх сполуках від'ємно одновалентний. Має один стабільний ізотоп 19F. У вільному стані за нормальних умов двоатомний газ - F2. Усі галогени у вільному стані - окисники, найсильніший з них фтор.
На відміну від інших галогенів, іон фтору має аномально малу величину радіуса.
Іон R, A0 F? 1,33 Cl? 1,81 Br? 1,86 J? 2,19 Першою відомою сполукою фтору був плавиковий шпат (CaF2), описаний ще в кінці 15 століття Валентінусом за назвою "флюор" [189].
У 1771 році К. Шееле одержав плавикову кислоту, яку А. Ампер охарактеризував як сполуку гідрогену і невідомого елемента флюору.
А. Ампер запропонував для нового елементу назву "фтор" (на грецькій мові "руйнівний"), яка вживається в даний час, тільки в російській і українській термінології (в більшості світових літературних джерел збереглася назва "флюор" - від латинського флуоре - текучий). Експериментальні труднощі одержання фтору і дослідження його привели до того, що інтенсивний розвиток хімії фтору почався лише в 30-х роках XX століття. Спроби одержати фтор у вільному стані довгий час не приносили успіху. Лише в 1866 р. він уперше був отриманий Анрі Муассоном [129]. Найбільш серйозні успіхи хімія фтору отримала лише у роки Другої світової війни.
Хімія фтору відрізняється специфічністю, що виявляється головним чином у винятково високій реакційній здатності фтору та у своєрідності властивостей фторвмісних сполук. Він реагує практично зі всіма елементами, крім гелію, неону й аргону [100].
Малий об'єм атома фтору зумовлює сильно виражену здатність його до комплексоутворення: нараховують понад 600 комплексних фтористих сполук. Комплекси фтору часто дуже міцні й аналогічні за будовою комплексам оксігену [40].
Через високу реакційну здатність фтор не існує в природі у вільному стані, його одержують шляхом електролізу розплавлених солей. Вільний фтор складається з двохатомних молекул і являє собою майже безбарвний газ, що має різкий дратівний запах, який одночасно нагадує запах хлору й озону. Вже у невеликих концентраціях він поражає дихальні шляхи і володіє сильною загально токсичною дією.
Джерелом виробництва фтору служить фтористий водень (HF), який отримують дією сульфатної кислоти на плавиковий шпат при t - 130?C.
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
Одержують фтористий водень також з відходів при виробництві добрив сірчанокислотним розкладом апатиту і фосфоритів.
Фториди металів в основному тверді речовини з високими температурами плавлення. Фториди неметалів - рідини або гази.
Фтор реагує з металами з утворенням сполук, які як у кристалічному стані, так і в розчинах знаходяться в іонній формі. Велика частина цих фторидів легко розчинна у воді; однак фториди літію, алюмінію, стронцію, барію, свинцю, магнію, кальцію і марганцю нерозчинні або погано розчинні.
Деякі високоплавкі фториди, такі як AlF3, не руйнуються цілком навіть киплячою сульфатною кислотою.
Для геохімії фтору велике значення має погана розчинність CаF2 (2,1·10?3 %), що визначає можливість осаду його на кальцієвому бар'єрі. Ця властивість дуже важлива для ґрунтів досліджуваного нами району. Резерви кальцію в ґрунтах степової зони дуже великі. Кальцій трапляється в ілювіальних горизонтах, материнській породі як солонців, так і чорноземах у вигляді CaCO3, CaSO4·2H2O. За дослідженнями А.І. Перельмана міграція фтору в аридних ландшафтах розглядається насамперед з урахуванням осадження фтору карбонатами ґрунтів і порід, що знижує можливість нагромадження рухливих форм у ґрунтовому профілі [155, 157].
З елементами-неметалами фтор і фтористий водень реагує з утворенням ковалентних сполук, наприклад, моноксиду фтору, чотирьохфтористого кремнію, шестифтористої сірки, фторвміщуючих органічних сполук і комплексних аніонних форм. Ковалентним сполукам фтору властива тенденція мати низькі температури плавлення і високу леткість [34].
Органічні похідні фтору в природі зустрічаються рідко, наявність їх доведена лише в деяких видах рослинних і тваринних організмів.
2.2. Фізіологічна і біологічна роль фтору
Фтор належить до числа біологічно активних елементів. Як його надлишок, так і недостатність негативно впливають на життєдіяльність рослин, тварин і людей.
Фізіологічна і біологічна роль до теперішнього часу фтору з'ясована далеко недостатньо. За даними різних авторів [28, 32, 40, 101, 129, 145, 175, 204] надлишок фтору в питній воді і харчових продуктах викликає руйнування зубної емалі, пригнічує вуглеводний, фосфорно-кальцієвий обмін, активність ряду ферментів. Він є специфічним інгібітором утворення гексозо-дифосфорної і молочної кислот, має відношення до зсідання крові, регуляції функцій щитовидної залози. Як інгібітор багатьох ферментів фтор може гальмувати внутрішньоклітинні процеси синтезу, які послаблюють імунозахисні сили організму і можуть прискорювати процеси фізіологічного старіння.
Більш 99 % фтору, що утримується в організмі, знаходиться у твердих тканинах. Саме цей факт визначив напрямок пошуків його фізіологічного значення. Фтор має високу спорідненість до твердих тканин завдяки своїй здатності вступати в хімічний зв'язок з фосфатами кальцію. Відомо, що апатити кісток і зубів можуть заміщуватися фтором. Сполуки, які при цьому утворюються називаються фторапатитами; вони більш стійкі до дії фізичних і хімічних факторів і придають ці властивості біологічним структурам, у які вони включені. Було висловлене припущення, оскільки фтор надає своїм сполукам особливу стабільність і стійкість, певні кількості його необхідні організмові для забезпечення оптимальної структури