Новости химической науки > Свободный фтор можно найти в природе!

Фтор образует наиболее реакционноспособное простое вещество, именно поэтому он не существует в природе в свободном состоянии, а только в виде соединений – фторидов – по крайней мере, именно так официально считалось до настоящего времени.

Тем не менее, один из фторсодержащих минералов – «зловонный флюорит» или «антозонит» (antozonite), за последние две сотни лет не раз оказывался предметом споров и обсуждений. Этот минерал при механическом разрушении испускает интенсивный и неприятный запах.

Исследователям из Технического Университета Мюнхена и Университета Мюнхена удалось казалось бы невозможное – они смогли обнаружить, что в минерале антозоните присутствует свободный фтор – F₂.

Слева – обычный образец плавикового шпата, справа – образец «зловонного плавикового шпата». (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/ange.201203515)

Так как фтор является одним из самых реакционноспособных веществ, его очень сложно хранить. Фтор агрессивен настолько, что он разрушает и стандартную лабораторную стеклянную посуду, и даже обожженная кирпичная кладка может гореть в газообразном фторе. Именно из-за активности фтора до настоящего времени химики были убеждены в том, что он не может встречаться в природе в свободном состоянии – только в виде фторид-иона в таких минералах, как флюорит (CaF₂), также известный как плавиковый шпат. Вопрос вызывала модификация флюорита антозонит, которая при механическом разрушении выделяет острый и неприятный запах.

Многие выдающиеся химики, включая Фридриха Велера (1800-1882) и Юстаса Либиха (1803-1873), пытались объяснить запах эманациями самых различных веществ. В течение многих лет привлечение различных методик – сравнение с контрольными образцами запахов, химический анализ, масс-спектрометрия, позволяло формулировать принципиально различные заключения. В качестве источника запаха рассматривали фтор, йод, озон, летучие соединения фосфора, мышьяка, серы, селена и даже фторуглеводородов. До настоящего времени у ученых не было прямых доказательств ни пользу того, что запах антозонита обуславливается выделением фтора, ни в пользу того, что свободный фтор содержится в резервуаре из антозонита, а не образуется в процессе механического разрушения частиц минерала.

Исследователям из групп Флориана Крауса (Florian Kraus) и Йорна Шмедта (Joern Schmedt) удалось успешно доказать присутствие в антозоните молекулярного фтора, не оставив никаких сомнений. С помощью спектроскопии ЯМР ¹⁹F они смогли идентифицировать элементарный фтор in-situ, в его естественном окружении – не разрушая образец онтозонита, поставив точку в дискуссии об источнике запаха «зловонного плавикового шпата».

Исследователи отмечают, что вряд ли можно считать удивительным то, что химики сомневались в возможности существования свободного фтора в «зловонном флюорите» – сам факт того, что в некоторых участках антозонита присутствуют, не реагируя друг с другом свободные кальций и фтор, вряд ли можно считать тривиальным.

Тем не менее, для антозонита реализуются особые условия – свободный фтор образуется из-за небольших вкраплений урана в минерал. Уран, распадаясь, испускает ионизирующее излучение, которое расщепляет фторид кальция на кальций и фтор. При этом фтор остается в миникавернах минерала, оказываясь изолированным от окружающей среды слоем флюорита, что позволяет ему оставаться в свободном состоянии. С другой стороны, ионизирующее излучение приводит к образованию кальциевых кластеров, придающих антозониту темный цвет.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/ange.201203515

метки статьи: #аналитическая химия, #геохимия, #неорганическая химия