|  | ||||||
VOORKOMEN
0,0585 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit fluor; het is het 13e element in rangorde van voorkomen. Men treft fluor alleen aan in gebonden toestand, meestal in de vorm van mineralen. De belangrijkste mineralen zijn:
bastnaesiet (Ce,La)CO3F(Y,La)CO3F chioliet Na5Al3F14 fluorapatiet Ca5F(PO4) 3
fluoriet of vloeispaat CaF2 kryoliet of ijssteen Na3AlF6 sellaite MgF2 topaas Al2SiO4(F,OH) 2
Verder komt fluor voor in tanden en beenderen doordat hydroxyapatiet gedeeltelijk wordt omgezet in fluorapatiet.
WINGEBIEDEN
De belangrijkste wingebieden voor fluorhoudende mineralen liggen in Noord-Afrika, Noord-Amerika, een aantal eilanden in de Stille Oceaan, Rusland (Siberië), Spanje, Thailand, Frankrijk, China, Engeland, Italië, Groenland, Zuid-Afrika, Duitsland, Nigeria, Brazilië en Japan.
Fluorhoudende gesteenten en mineralen worden ook wel van de oceaanbodem gehaald.
Kryoliet wordt alleen gevonden op Groenland. Vanwege de zeer grote vraag naar Na3AlF6 door de aluminiumindustrie (zie hieronder bij aluminiumbereiding) wordt deze stof nog vrijwel uitsluitend via synthetische weg verkregen.
NAAM
De naam komt van het Latijnse woord fluere, dat vloeien betekent. Dit vinden we ook terug in de naam van het mineraal vloeispaat (Engels: fluorspar; CaF2). Dit mineraal is zo genoemd omdat het sinds de Middeleeuwen gebruikt wordt als middel om de slak vloeibaar te maken bij het bereiden van metalen.
Ook de naam fluorescentie is hiervan afkomstig. Dat fluoriet licht uitzendt bij verhitting werd reeds in de 17e eeuw ontdekt.
ONTDEKKING
C. W. Scheele maakte in 1771 voor het eerst waterstoffluoride door fluoriden met geconcentreerd zwavelzuur te laten reageren. Hij stelde vast met een nieuw element te doen te hebben. Toch duurde het tot 1886 voor H. Moissan er in slaagde fluor in vrije toestand te maken, vanwege de enorme reactiviteit van dit element.
BEREIDING VROEGER
H. Moissan verkreeg in 1886 fluor door elektrolyse van een oplossing van kaliumfluoride (KHF2) in watervrij waterstoffluoride (HF) in een platina U-buis met platina-iridium elektroden en fluorietafdichtingen bij een werktemperatuur van - 50 ºC. In 1906 ontving hij - onder meer voor deze ontdekking - de Nobelprijs voor scheikunde.
BEREIDING NU
Fluor wordt bereid door elektrolyse van gesmolten alkaliwaterstoffluoriden (bijv. KF.3HF) in een koperen vat (tevens negatieve pool) met een nikkelen positieve pool. Ook stalen of aluminium apparatuur kan worden gebruikt.
Uraanverrijking
Als splijtstof voor kernreactoren gebruikt men uraan dat rijk is aan 235U. Om dit te verkrijgen wordt uraanerts omgezet in uraanhexafluoride of hexafluoruraan (UF6), door uraanoxide met waterstoffluoride om te zetten in uraantetrafluoride en dat vervolgens met fluor te oxideren tot uraanhexafluoride:
UO2 + 4 HF → UF4 + 2 H2O
UF4 + F2 → UF6 .
Door diffusie of door centrifugeren van dit gas, waarin de uraanisotopen 235U en 238U voorkomen, wordt een mengsel verkregen dat rijker is aan 235U (zie ook bij 92 - Uraan). De scheiding berust bij beide methoden op het verschil in massa. Men gebruikt voor deze scheiding de fluorverbinding, onder andere omdat fluor slechts één natuurlijk isotoop bevat. De massaverschillen tussen de deeltjes berusten dus uitsluitend op de verschillen in de uraanisotopen. Het verrijkte uraanhexafluoride kan met waterstofchloride of jood worden gereduceerd tot uraantetrafluoride, dat vervolgens met magnesium of calcium tot uraan wordt gereduceerd. In de reactoren wordt uraan, uraandioxide of uraancarbide gebruikt.
Tandpastatoevoegsel
Om tandbederf tegen te gaan wordt een fluoride toegevoegd aan tandpasta. Het slechts weinig cariësresistente hydroxyapatiet, dat het hoofdbestanddeel is van de tand, wordt door fluoride-ionen gedeeltelijk omgezet in het zuurbestendige harde fluorapatiet:
Ca5OH(PO4) 3 + F- → Ca5F(PO4) 3 + OH-
Dat het fluoride al bij een zeer lage concentratie (ca. 6 ppm) de voor de tanden ongewenste bacterievorming verhindert, speelt waarschijnlijk ook een rol. De meest gebruikte fluoriden in tandpasta zijn tinfluoride (SnF2) en natriumfluorfosfaat (Na2PO3F). Ook wordt - ter voorkoming van tandbederf - gebruik gemaakt van zogenoemde fluortabletjes die natriumfluoride (NaF) bevatten.
Etsmiddel
Voor het etsen van glas wordt gebruik gemaakt van waterstoffluoride (HF) als gas of in oplossing. Ook kan natriumwaterstoffluoride (NaHF2) of ammoniumwaterstoffluoride (NH4HF2) worden gebruikt. De glasetsing berust op de reactie:
4 HF + SiO2 → SiF4 + 2 H2O
Anti-aanbaklaag
De anti-aanbaklaag in braad- en koekenpannen bestaat uit polytetrafluoretheen, beter bekend onder de merknaam Teflon®. Deze kunststof wordt verkregen door polymerisatie van tetrafluoretheen, (CF2= CF2) :
n CF2 = CF2 → …[-CF2 - CF2 -]n …
Het verkregen polymeer is zeer hard, inert en bestand tegen hoge temperaturen. Andere stoffen hechten nauwelijks aan dit polymeer. Door deze eigenschappen is het zeer geschikt om als anti-aanbaklaag in braadpannen te worden gebruikt.
Andere toepassingen voor dit polymeer zijn onder andere ruimtevaartpakken, overalls voor bestuurders van racewagens en bekleding van wanden in reactorvaten in de chemische industrie.
Aluminiumbereiding
Bauxiet wordt, na een aantal fysische bewerkingen, bij hoge temperatuur en druk (250°C, 35.105 Pa) opgelost in geconcentreerde natronloog, waarbij het aluminiumoxide oplost:
Al2O3 + 3 H2O + 6 OH- → 2 Al(OH)63-
De vloeistof wordt vervolgens gescheiden van de vaste stof (onoplosbare delen van het bauxiet, zoals zand en ijzeroxide) en afgekoeld, waarbij aluminiumhydroxide {Al(OH)3} neerslaat:
Al(OH)63- → Al(OH) 3 + 3 OH-
Het vrijkomende loog wordt weer gebruikt voor het oplossen van bauxiet.
Na reinigen wordt het aluminiumhydroxide bij hoge temperatuur (ca. 975 °C) omgezet in aluminiumoxide, dat wordt opgelost in o.a. gesmolten kryoliet (Na3AlF6), waarna elektrolyse plaatsvindt:
- pool: Al3+ + 3 e- → Al (4x)
+pool: 2 O2- → O2 + 4 e- (3x)
Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een elektrolysevat van koolstof (in een metalen omhulsel), dat als kathode dient, en van een anode van koolstof (grafiet).
De anode wordt voortdurend aangetast door de vrijkomende zuurstof en moet regelmatig worden vervangen. Het gevormde aluminium is vloeibaar en wordt afgetapt. Het wordt - na eventueel toevoegen van andere metalen om een gewenste legering te verkrijgen - in 'broodjes' gegoten, die bewerkt kunnen worden tot plaat, buis, profiel, enz.
De bereiding van aluminium vereist zeer veel energie - voor 1 ton aluminium is ongeveer 13.500 kWh energie nodig! - en kan alleen plaatsvinden als er goedkope elektriciteit beschikbaar is. Vanwege de zeer goedkope energie in het Midden-Oosten en het Golfgebied wordt in die landen, bijv. in Qatar steeds meer aluminium geproduceerd. India is hierbij een belangrijke leverancier van de benodigde bauxiet.
De wereldproductie bedraagt ruim 28 miljoen ton per jaar, waarvan 8 miljoen ton door herverwerking.
VERDERE TOEPASSINGEN
Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element):
bereiding organische en anorganische fluorverbindingen (bijv. AlF3, BF3)
halogeenlampen (reageert met wolfraam - zie ook 53- Jood)
oxidator
raketbrandstof
Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):
| MgF2 | |
| fluorelastomeren | |
| MI2SiF6 MI = Na, K, Li | |
| CnF2n+2 | |
| NaNH4PO3F | |
| H2SiF6 | |
| KHF2 | ||
| MI2SiF6 MI = Na, K, Li | ||
| NaF | ||
| NH4HF2 | |
| NH4HF2 | |
| S2F2 | |
| KHF2 | |
| Na3AlF6 | ||
| MI2SiF6 MI = Na, K, Li | ||
| NaF | |
| SnF2 | ||
| MI2SiF6 MI = Na, K, Li | ||
| H2SiF6 | ||
| fluorides van edelgassen | |
|
|
|
| fluorhydrocortisone | |
| div. fluoriden | Na2FPO3 |
| 18F-verbindingen | |
| HF (met NH4HF2) | |
| Na3AlF6 | |
| NH4HF2 | |
| NaF | |
| Na3AlF6 | ||
| SF6 | |
| HPF6 | |
| BF3 | ||
| HSO3F | ||
| HF | |
| MgF2 | |
| AlF3 | |
| Na3AlF6 | ||
| CnF2n+2 | |
| perfluordecaline, <str.form 2 > | |
| vinylideenfluoride of 1,1- difluoreth(yl)een,F2C=CH2 | |
| CaF2 | |
| Na3AlF6 | |
| fluorelastomeren | |
| CF3-CHBrCl | |
| BF3 | |
| HF | |
| CnF2n+2 | |
| LiF | |
| H2SiF6 | |
| LiF (éénkristal) | |
| CnF2n+2 | |
| LiF | |
| AlF3 | |
| Na3AlF6 | ||
| HF | |
| KHF2 | |
| CaF2 | |
| CaF2 | |
| H2SiF6 | |
| ClF3 | |
| CrF3 | |
| SbF5 | |
| LiF | |
| ClF3 | ||
| SiF4 | |
| AlF3 | |
| CaF2 | |
| K2PO3F | |
| ||
fluortensiden
| ||