Fluor
Eigenschaften
Fluor gehört zur Gruppe der Halogene. Die Ordnungszahl ist 9. Fluor ist bei Zimmertemperatur ein gelbliches Gas, aber in der freien Atmosphäre reagiert es mit allem, was da ist. Fluor ist das reaktionsaktiviste Element überhaupt, es reagiert mit allen Elemente und Verbindungen meistens sehr heftig, ausser mit fluoridierten Kohlenwasserstoffe, mehr da zu später. Selbst Edelmetalle wie Gold und Platin, sowie die sehr reaktionsträge Edelgase bilden mit Fluor mehr oder weniger stabile Verbindungen. Fluor schmilzt bei °C und siedet bei °C. Fluor besteht ausschliesslich aus dem Isotop F-19, die andere Isotopen, das F-18 und F-20 zerfallen sehr schnell, ihre Halbwertzeiten betragen rund 1.5 h. Fluor hat die stärkste Elektronegativität und auch der grösste E0 Wert. Fluor ist das stärkste Oxidationsmittel.
Geschichte
Die Entdeckung des Fluors ging ziemlich lange, dabei sind sechs Chemiker gestorben. Die erste Fluorverbindung, die man solche erkannte, war Flussäure. Man versuchte das Radikal dieser Säure auf normalen Weg herzustellen, doch es scheiterte und, wie gesagt, erlitten viele einen qualvollen Tod, als sie einen Weg fanden. 1886, 80 Jahre nach den ersten Experimenten, erreichte Henri Moissan erst die Darstellung von reinem Fluor. Dies ging nur mit einer Elektrolyse, und war sicher extrem gefährlich.
Reaktion auf den Körper
Fluor und Fluorverbindungen sind für den menschlichen Körper schon in kleinen Mengen absolut tödlich. Gelangt man in eine Fluorwolke erleidet man einen grausamen Tod: Die Haut beginnt sich aufzulösen, Fingernägel und Zähne lösen sich auch auf, in der Lunge bildet sich Flussäure die Lunge langsam auflöst und sie langsam mit Wasser fühlt, man stirbt an einem Lungenöden. Gummikleidung und normale Gasmasken sind dabei keinen Schutz, sie müssen besondere Anzüge her. Falls tatsächlich so eine Situation vorkommen sollte, ist es das beste, so schnell wie möglich abzuhauen. Auch Wände sind keinen Schutz, da diese aufgelöst werden, wenn sie aus normalen Materialien aufgebaut sind. Glaswände übrigens auch. Sämtlich Fluorsalze und andere Fluorverbindungen sind auch hochgiftig.
Lagerung
Fluor wird in ganz speziellen teflonbeschichtete Druckflaschen aufbewahrt.
Aggressive Fluorverbindungen werden in speziellen teflonbeschichtete Behälter aufbewahrt.
Herstellung
Fluor lässt sich nur durch Elektrolyse gewinnen. Es tönt zwar
nicht schwierig, aber ist es, da es nicht wie üblich durchgeführt
werden kann. Zuerst braucht man absolut wasserfreie Flussäure, dazu
mischt man Kaliumfluorid. Je nach Verhältnis ergibt es einen anderen
Schmelzpunkt. Die Elektrolysebehälter bestehen aus Kupfer und Nickel,
dessen Oberfläche sich beim Beginn der Elektrolyse mit einer unlösliche
Fluoridschicht überzieht. Man verwendet eine Kohleanode und eine Stahlkathode.
Ein spezielles Diaphragma aus der selben Legierung wie der Behälter
trennt die entstehenden Gase Wasserstoff und Fluor.
Verbindungen
Wie gesagt, verbindet sich Fluor mit allen Elementen, auch mit reaktionsträgsten. Überraschenderweise verbindet sich am schlechtesten mit Sauerstoff, obwohl Sauerstoff, das zweit reaktiviste Element ist. Dies kommt vom kleinen Unterschied ihrer Elektronegativitäten. Es gibt organische sowie anorganische Verbindungen.
Anorganische Verbindungen
Fluor verbindet sich mit allen Metallen zu Salze, die alle giftig sind. Reaktionen mit Alkalimetallen verlaufen extrem stark ab. Fluor versucht möglichst die Edelgaskonfiguration zu erreichen und nimmt deshalb schnell Elektronen auf, und Alkalimetalle geben diese auch schnell ab. Die Reaktion mit Cäsium ist die heftigste Reaktion, die man sich überhaupt vorstellen kann. (Mit Francium wäre es noch stärker, aber leider hat es nicht genügend dieses Metall um eine solche Reaktion durchzuführen.) Auch wie gesagt, verbindet sich Fluor mit den Edelmetallen, allerdings muss man diese ein wenig erhitzen, damit sie reagieren.
Die Reaktion mit Wasserstoff ergibt Flusssäure. Diese läuft schon bei der extremen Minus Temperaturen von –252°C explosionsartig. Wenn Fluor mit Wasserstoff verbrennt, gibt es eine 4500°C heisse Flamme. Es wurde schon ein Raketenmotor entwickelt, dass mit Wasserstoff und Fluor funktioniert, aber wegen der Gefährlichkeit des Fluors wurde er nie benützt.
Es gibt auch Minerale, die Fluor enthalten. Die bekanntesten sind Flussspat und Kryolith. Kryolith braucht man in der Alumiumproduktion, um den Schmelzpunkt von Bauxit zu senken.
Fluor bildet auch mit anderen Halogene Verbindungen, eine davon ist das Chlortrifluorid, dass in puncto Oxidation dem Fluor in nichts nachsteht. Der Vorteil dieser Substanz ist, dass sie erst bei 11°C verdampft.
Organische Verbindungen
Flourkohlenstoffe wurde erst Mitte des 20. Jahrhundert entdeckt: Es sind organische Stoffe, bei denen alle Wasserstoffatome durch Fluor ersetzt wurden. Diese Stoffe sind stabilsten organischen Verbindungen, die man sich überhaupt vorstellen kann. Es gibt flüssige, zähflüssige und feste Flourkohlenstoffe, sie werden als Kühlflüssigkeiten, als ewige Schmierstoffe, als Isolatoren und als Imprägniersationsmittel für Gewebe.
Es gibt auch polymersierte Flourkohlenstoffe, die bekannteste Verbindung ist vermutlich Polytetraflourethylen, besser bekannt als Teflon. Diese Substanz ist so beständig, dass man sie auch "organisches Platin" nennt. Die bekannteste Anwendung Teflon ist sicher das beschichten von Bratpfannen, damit das Gebratene nicht am Boden anklebt.
Vor etwa 15 Jahren kamen einige Fluorverbindungen, die berüchtigten Flourchlorkohlenwasserstoffe, wie das Freon, ins schlechte Licht. Diese Stoffe werden als Kühlmittel in Kühlschränke oder als Treibgas in Spraydosen gebraucht. Leider hatten diese Stoffe einen gravierenden Nachteil, sie zerstören die Ozonschicht. Darauf hin wurden diese Stoffe verboten und deren Gebrauch stark eingeschränkt.
Reaktionen mit Fluoriden
Fluoriden im Trinkwasser
Durch Zufall entdeckte man Fluor in einem Zahn eines fossilen Elefanten. Weiter Untersuchungen zeigten, dass Fluor Bestandteil von Knochen und Zähnen ist, wobei das Fluor in den Zähnen hauptsächlich im Zahnschmelz ist. Fluor wird durch das Trinkwasser aufgenommen.
Auswirkungen von Fluoriden auf den Körper
Der Körper braucht Fluor in ganz kleinen Mengen. Fluor wird in Knochen und Zähnen gespeichert. Wenn man nicht genügend einnimmt, also weniger 0.1 mg pro Tag, gibt es Zahnfäule und die Knochen werden brüchig. Die empfohlene Dosis beträgt 1-4 mg pro Tag. Bei manchen Menschen gibt es schon Probleme ab 1.5 mg. Bei zu hohe Dosen erleidet man Fluorosen. Es gibt die Dentalfluorose, diese kann man nur bekommen, wenn die Zähne noch wachsen. In schlimme Fälle sieht dies ganz unschön aus. Daneben gibt es noch auch die Skelettfluorose, dies führt zu Verkrüppelungen. In hohen Dosen bis zu 80 mg wird Fluor auch gegen Osteropose gegeben. Über die chronische Toxicitität ist man sich nicht genau im klaren. Im Material der Fallstudie gibt es kontroversen. Eine akute Toxicitität tritt bei Dosen ab 2 g.
Fluoridierung von Trinkwasser
An manchen Orten, wie in Basel, wird das Trinkwasser fluoridiert, d.h. man fügt dem Trinkwasser künstlich Fluoriden hinzu, und zwar in Form von Natriumhexafluorosilikat und in der Menge von 1 g pro Kubikmeter Wasser im Winter und 0.8 g im Sommer. Nach der Einführung 1962 gab es bald die ersten positive Auswirkungen, die kariesbeschädigten Kinder nahmen ab. Es gab Leute, die versuchten diese Zwangsmedikation rückgängig zu machen. Sie gingen vors Bundesgericht, und sagten dies sei ein Eingriff in ihr Privatleben, gemäss dem Artikel 8 der Menschenrechte. Die Klage wurde abgelehnt, da die Fluorodierung im öffentlichen Interesse stehe. Die Fluoridierung kostet 0.5 Fr. Pro Person und pro Jahr, Kariesbehandlung beim Zahnarzt 200 (zu dieser Zeit).
Heute streitet niemand mehr dagegen. Die Resultate sind konkret, und es gibt wenig Nebenwirkungen.
Alternativen
Kochsalz
Man kann fluoridiertes Kochsalz kaufen, und so seinen Fluorbedarf decken.
Fluormilch
Es gibt auch fluoridierte Milch, diese wurde früher in den Schulen verteilt.
Fluortabletten
Mit diese kann man am genausten die persönliche Dosis bestimmen, also auf seinen Bedürfnissen angepasst. Früher wurden diese auch im Kindergarten verteilt, aber leider ohne ärztliche Aufsicht. Die einige Kindergärtnerinnen verteilten sie einfach so, zum Schrecken der Experten.