フッ素

フッ素、  9 F
液体窒素中に凝縮された淡黄色の液体フッ素の小さなサンプル
液体フッ素（極低温のF 2）
フッ素
発音
同素体アルファ、ベータ（フッ素の同素体を参照）
外観気体：非常に淡い黄色、
液体：明るい黄色、
固体：アルファは不透明、ベータは透明
標準原子量 A r °(F)
  • 18.998 403 162 ± 0.000 000 005 [1]
  • 18.998 ± 0.001  （要約）[2]
周期表におけるフッ素
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
–
↑
F
↓
Cl
酸素←フッ素→ネオン
原子番号 （Z）9
グループ第17族（ハロゲン）
期間第2期
ブロック  pブロック
電子配置[彼] 2s 2 2p 5 [3]
殻あたりの電子数2、7
物理的特性
STPでの 位相ガス
融点（F 2）53.48  K（−219.67 °C、−363.41 °F）[4]
沸点（F 2）85.03 K（−188.11 °C、−306.60 °F）[4]
密度 （STP）1.696 g/L [5]
液体時（ 沸点）1.505 g/cm 3 [6]
三重点53.48 K, 0.252 kPa [7]
臨界点144.41 K, 5.1724 MPa [4]
蒸発熱6.51 kJ/モル[5]
モル熱容量C p : 31 J/(mol·K) [6] (21.1 °C)
C v : 23 J/(mol·K) [6] (21.1 °C)
蒸気圧
P （パ）1101001キロ1万10万
T （K）で 384450586985
原子の性質
酸化状態共通: −1
0 [8]
電気陰性度ポーリングスケール：3.98 [3]
イオン化エネルギー
  • 1位: 1681 kJ/モル
  • 2位: 3374 kJ/mol
  • 3位: 6147 kJ/mol
  • （続き）[9]
共有結合半径午後64時 [10]
ファンデルワールス半径午後1時35分[11]
スペクトル範囲における色の線
フッ素のスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造立方体
フッ素の立方晶構造
熱伝導率0.02591 W/(m⋅K) [12]
磁気秩序反磁性（−1.2×10 −4）[13] [14]
CAS番号7782-41-4 [3]
歴史
ネーミング蛍石という鉱物にちなんで名付けられ、その名前はラテン語のfluo（流れる、製錬時に）に由来する。
発見アンドレ＝マリー・アンペール（1810）
最初の隔離アンリ・モアッサン[3] (1886 年 6 月 26 日)
命名者
フッ素の同位体
主な同位体[15]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
17階シンセ64.37秒β +17 O
18階トレース109.734分β +18歳
19階100%安定した
 カテゴリー: フッ素
|参考文献

フッ素は化学元素であり、記号 F、原子番号9です。最も軽いハロゲン[注1]であり、標準状態では淡黄色の二原子ガスとして存在します。フッ素は反応性が非常に高く、軽い希ガスを除くすべての元素と反応します。また、非常に毒性が強いです。

元素のうち、フッ素は宇宙での存在度で 24 位、地殻での存在度で 13 位にランクされています。元素名の由来となったフッ素の主な鉱物である蛍石は、1529 年に初めて記述されました。金属鉱石の製錬時に融点を下げるために蛍石が加えられたため、ラテン語の動詞fluo (流れる)にちなんで名付けられました。フッ素は 1810 年に元素として提案されましたが、化合物から分離するのは困難かつ危険であることが判明し、初期の実験者数名が分離の試みで死亡または負傷しました。1886 年になってようやく、フランスの化学者アンリ・モアッサンが低温電気分解を使用してフッ素元素を単離しました。この方法は現代の製造でも使用されています。フッ素ガスの最大の用途であるウラン濃縮用の工業生産は、第二次世界大戦中のマンハッタン計画中に始まりました。

純粋なフッ素を精製するには費用がかかることから、ほとんどの商業用途ではフッ素化合物が使用されており、採掘された蛍石の約半分は製鋼に使用されています。残りの蛍石は、さまざまな有機フッ素化合物を生成する途中でフッ化水素に変換されるか、アルミニウムの精錬で重要な役割を果たす氷晶石に変換されます。炭素-フッ素結合は通常非常に安定しています。有機フッ素化合物は、冷媒、電気絶縁体、PTFE （テフロン）として広く使用されています。アトルバスタチンやフルオキセチンなどの医薬品には、C-F結合が含まれています。溶解したフッ化物塩からのフッ化物イオンは虫歯を抑制するため、歯磨き粉や水のフッ素化に使用されています。フッ素化学物質の世界的売上高は年間150億米ドルを超えます。

フルオロカーボンガスは一般的に温室効果ガスであり、地球温暖化係数は二酸化炭素の100～23,500倍です。SF6は既知の物質の中で最も高い地球温暖化係数を有しています。有機フッ素化合物は、炭素-フッ素結合の強さから、環境中に残留することがよくあります。フッ素は哺乳類において代謝において重要な役割を果たしていることは知られていませんが、一部の植物や海綿動物は、捕食を抑制するのに役立つ有機フッ素系毒物（最も多くはモノフルオロ酢酸塩）を合成します。 [16]

特徴

電子配置

フッ素原子は9個の電子を持ち、ネオンより1個少ない。電子配置は1s 2 2s 2 2p 5である。内殻には2個の電子が満たされ、外殻には7個の電子が満たされるため、さらに1個を満たす必要がある。外殻電子は核遮蔽に効果がなく、9 − 2 = 7という高い有効核電荷を持つ。これは原子の物理的特性に影響を与える。[3]

フッ素の第一イオン化エネルギーは、ヘリウムとネオンに次いで全元素中3番目に高く[17] 、中性フッ素原子からの電子除去を困難にしています。また、フッ素は塩素に次いで高い電子親和力を持ち[18]、電子を捕獲して希ガスであるネオンと等電子状態になる傾向があります[3]。フッ素は反応性の高い元素の中で最も高い電気陰性度を持っています[19]。フッ素原子の共有結合半径は約60 ピコメートルと小さく、周期表に隣接する酸素やネオンと同程度です[20] [21] [注2]。

反応性

外部ビデオ
ビデオアイコンフッ素反応中の明るい炎
ビデオアイコンフッ素とセシウムの反応
フッ素3D分子

二フッ素の結合エネルギーは塩素の結合エネルギーよりもはるかに低い。
2またはBr
2フッ素は容易に解離する過酸化物結合に似ており、高い電気陰性度と相まって、フッ素の容易な解離、高い反応性、そしてフッ素以外の原子との強い結合を説明しています。[22] [23]逆に、フッ素の高い電気陰性度のために、他の原子との結合は非常に強くなります。粉末鋼、ガラス片、アスベスト繊維などの反応性のない物質は、冷たいフッ素ガスと急速に反応します。木材や水はフッ素の噴流下で自然発火します。[5] [24]

フッ素元素と金属の反応には様々な条件が必要となる。アルカリ金属は爆発を引き起こし、アルカリ土類金属は塊状で活発な反応を示す。金属フッ化物層の形成による不動態化を防ぐため、アルミニウムや鉄などの他のほとんどの金属は粉末状にする必要があり[22]、貴金属は300～450℃（572～842°F）の純粋なフッ素ガスを必要とする[25] 。一部の固体非金属（硫黄、リン）は液体フッ素中で激しく反応する[26]。硫化水素[26]と 二酸化硫黄[27]はフッ素と容易に結合し、後者は爆発的に反応することがある。硫酸ははるかに活性が低く、高温を必要とする[28] 。

水素は、アルカリ金属の一部と同様に、フッ素と爆発的に反応する。[29] 炭素は、ランプの黒鉛として、室温で反応してテトラフルオロメタンを生成する。グラファイトはフッ素と400 °C（752 °F）以上で化合し、非化学量論的な一フッ化 炭素を生成する。より高温ではガス状のフルオロカーボンが発生し、爆発することもある。[30]二酸化炭素と一酸化炭素は室温または室温よりわずかに高い温度で反応するが、[ 31]パラフィンや他の有機化学物質は強い反応を起こす。 [32]通常は不燃性の四塩化炭素などの完全に置換されたハロアルカンでさえ、爆発することがある。 [33]三フッ化窒素は安定しているが、元素窒素中の非常に強い三重結合のため、窒素がフッ素と反応するには高温での放電が必要である。[34]アンモニアは爆発的に反応することがある。[35] [36]酸素は常温ではフッ素と結合しませんが、低温低圧下で放電反応させることで反応させることができます。生成物は加熱すると構成元素に分解する傾向があります。[37] [38] [39]より重いハロゲン[40]は、希ガスのラドンと同様にフッ素と容易に反応します。[41]他の希ガスでは、キセノンとクリプトンのみが反応し、特殊な条件下でのみ反応します。[42]アルゴンはフッ素ガスとは反応しませんが、フッ素と化合物のフッ化水素アルゴンを形成します。

フェーズ

角と中心に球形があり、面には平面で回転する分子がある立方体
β-フッ素の結晶構造。球はFを示す。
2任意の角度をとることができる分子。他の分子は平面上に制限されます。
ベータフッ素の結晶構造を示すアニメーション。単位格子の面上の分子は、平面内で回転を制限されています。

フッ素は室温では二原子分子の気体であり、[5]純粋な場合は淡黄色（黄緑色と表現されることもある）である。[43]フッ素は、 20ppbで検出されるハロゲン様の刺激臭と刺激臭を有する 。[44]フッ素は、酸素や窒素の遷移温度に近い-188℃（-306.4℉）で鮮やかな黄色の液体に凝縮する。[45]

フッ素には、α-フッ素とβ-フッ素という2つの固体形態があります。β-フッ素は-220℃（-364.0°F）で結晶化し、透明で柔らかく、結晶化したばかりの固体酸素と同じ不規則な立方構造をとります。 [45] [注 3]これは、他の固体ハロゲンの斜方晶系とは異なります。 [47] [48]さらに-228℃（-378.4°F）まで冷却すると、不透明で硬いα-フッ素への相転移が起こります。α-フッ素は、分子が密集した斜めの層を持つ単斜晶構造をとります。β-フッ素からα-フッ素への相転移は、フッ素の凝縮よりも発熱が大きく、激しい反応となることがあります。[47] [48]

同位体

天然フッ素は完全に安定同位体から構成されています19
Fは高い磁気回転比[50]と磁場に対する優れた感度を持ち、また唯一の同位体であるため、 NMRや磁気共鳴画像法での使用に非常に適しています。[51]質量数13～31の18の放射性同位体が合成されており、そのうち18
Fは半減期が109.734分で最も安定している。 [15] [52] 18
Fは、大気中のアルゴンの宇宙線破砕や、陽子と天然酸素の反応によって生成される天然微量放射性同位体である： 18 O + p → 18 F + n。[53]他の放射性同位体の半減期は70秒未満で、ほとんどは0.5秒未満で崩壊する。同位体は17
Fと18
Fはβ +崩壊と電子捕獲を起こし、より軽い同位体は陽子放出によって崩壊し、より重い同位体は19
Fはβ崩壊（最も重い崩壊で、遅延中性子放出を伴う）を起こす。フッ素には2つの準安定異性体が知られている。18メートル
F、半減期は162(7)ナノ秒、26分
F、半減期は2.2(1)ミリ秒である。[54]

発生

宇宙

太陽系の組成比[55]
原子
番号		要素相対
量
6炭素4,800
7窒素1,500
8酸素8,800
9フッ素1
10ネオン1,400
11ナトリウム24
12マグネシウム430

より軽い元素の中で、フッ素の存在量は400ppb  （ 10億分の1）と、宇宙の元素の中で24番目と非常に低く、炭素からマグネシウムまでの他の元素の20倍以上も一般的です。[56]これは、恒星の元素合成プロセスがフッ素を迂回し、そうでなければ生成されるフッ素原子は高い核断面積を持ち、水素またはヘリウムとの衝突でそれぞれ酸素またはネオンを生成するためです。[56] [57]

この一時的な存在を超えて、フッ素の存在については3つの説明が提案されている：[56] [58]

地球

フッ素は地球の地殻中に13番目に多く存在する元素で、質量比で600～700ppm（百万分の一）である。[59]自然界には存在しないと考えられているが、フッ素元素は蛍石の変種であるアントゾナイトに吸蔵されていることが示されている。[60]ほとんどのフッ素はフッ素含有鉱物として存在する。蛍石、フッ素アパタイト、氷晶石は工業的に最も重要である。[59] [61]蛍石（CaF
2）は蛍石としても知られ、世界中に豊富に存在し、フッ化物、ひいてはフッ素の主な供給源である。中国とメキシコが主な供給国である。[61] [62] [63] [64] [65]フッ化物の大部分を含むフッ化アパタイト（Ca 5 (PO 4 ) 3 F）は、肥料製造の副産物として意図しないフッ化物の発生源となっている。[61]氷晶石（Na
3アルフ
6アルミニウムの生産に用いられる氷晶石（クリオライト）は、フッ素含有量が最も高い鉱物です。経済的に採算の取れる天然資源は枯渇しており、現在ではその大部分が商業的に合成されています。[61]

  • 蛍石：結晶のファセットを持つピンク色の球状塊
    蛍石：結晶のファセットを持つピンク色の球状塊
  • フッ素アパタイト：細長い柱状結晶で、光沢が鈍く、集合岩石の母岩から斜めに突き出ている。
    フッ素アパタイト：細長い柱状結晶で、光沢が鈍く、集合岩石の母岩から斜めに突き出ている。
  • 氷晶石：二原子分子が二層に並んだ平行四辺形の輪郭
    氷晶石：二原子分子が二層に並んだ平行四辺形の輪郭

トパーズなどの他の鉱物にもフッ素が含まれています。フッ化物は他のハロゲン化物とは異なり、不溶性であり、塩水中では商業的に好ましい濃度で存在しません。[61]火山噴火や地熱温泉では、起源不明の微量の有機フッ素化合物が検出されています。[66]粉砕したアントゾナイトの臭いから示唆される結晶中のガス状フッ素の存在は議論の的となっています。[67] [60] 2012年の研究では、0.04%のFが含まれていると報告されています。
2アントゾナイト中に重量比でウランが200mg含まれており、これらの包有物は微量のウランの存在による放射線によるものとされている。[60]

歴史

初期の発見

背景には、火ばさみと機械のふいごを持った男性が平炉の前に立ち、手前には、近くに消火栓のある水門を持った男性が立っている木版画
『デ・レ・メタリカ』の製鋼イラスト

1529年、ゲオルギウス・アグリコラは、金属の製錬工程において融点を下げる添加剤として蛍石について記述しました。[68] [69] [注 4]彼は蛍石岩石を表すラテン語のfluorēs（fluor、流動）を考案しました。この名称は後にfluorspar（現在でも一般的に使用されている）へと変化し、さらにfluorite（蛍石）となりました。[62] [73] [74]蛍石の成分は後に二フッ化カルシウムであることが判明しました。[75]

フッ化水素酸は1720年以降、ガラスのエッチングに使用されていました。 [注 5] アンドレアス・ジギスムント・マルグラフは1764年に初めて蛍石を硫酸で加熱し、得られた溶液がガラス容器を腐食したときに、フッ化水素酸の特性を明らかにしました。 [77] [78]スウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレは1771年に実験を繰り返し、酸性の生成物をフルス・スパッツ・シラン（蛍石酸）と名付けました。[78] [79] 1810年、フランスの物理学者アンドレ・マリー・アンペールは、水素と塩素に類似した元素がフッ化水素酸を構成すると提唱しました。[80]彼はまた、1812年8月26日付のハンフリー・デービー卿への手紙の中で、当時未知だったこの物質を、フッ素化合物と他のハロゲンの接尾辞-ineからフッ素と名付けることを提案しました。[81] [82]この単語は、しばしば修正されて、ほとんどのヨーロッパ言語で使用されています。しかし、ギリシャ語、ロシア語、その他いくつかの言語では、アンペールの後の提案に従って、ギリシャ語のφθόριος（phthorios 、破壊的）に由来するftorまたはその派生語が使用されています。[83]新しいラテン語の名前fluorumが、この元素に現在の記号Fを与えました。初期の論文ではFlが使用されていました。[84] [注 6]

分離

1887年のモアッサンの装置の図面

フッ素に関する初期の研究は非常に危険であったため、19世紀の実験者の中には、フッ化水素酸で不幸な結果に見舞われた者もおり、「フッ素の殉教者」と称された者もいた[注 7] 。フッ素単体の単離は、フッ素単体とフッ化水素の双方が極めて腐食性が高いこと、そして簡便で適切な電解質がなかったために困難を極めた。[75] [85] エドモン・フレミーは、純粋なフッ化水素を電気分解してフッ素を生成することは可能だと考え、酸性化した重フッ化カリウムから無水サンプルを生成する方法を考案した。しかし、得られた（乾燥した）フッ化水素は電気を通さないことを発見した[75] [85] [86] 。フレミーの元弟子アンリ・モアッサンは粘り強く研究を続け、多くの試行錯誤の末、重フッ化カリウムと乾燥したフッ化水素の混合物が導体であり、電気分解を可能にすることを発見した。彼は電気化学セル内の白金の急速な腐食を防ぐため、特殊な浴槽で反応を極低温に冷却し、より耐性のある白金とイリジウムの混合物からセルを鋳造し、蛍石のストッパーを使用しました。[85] [87] 1886年、多くの化学者の74年間の努力の末、モアッサンはフッ素元素を単離しました。[86] [88]

1906年、死の2か月前に、モアッサンはノーベル化学賞を受賞しました。[89]受賞理由は以下の通りです。[85]

フッ素元素の研究と単離における彼の多大な貢献を讃えて…元素の中でも猛獣とも言えるこの元素を研究したあなたの優れた実験技術には、世界中が感嘆しています。[注 8]

その後の用途

六フッ化ウランのアンプル

ゼネラルモーターズ（GM）のフリジデール部門は1920年代後半にクロロフルオロカーボン冷媒の実験を行い、キネティックケミカルズは1930年にGMとデュポンの合弁会社として設立され、フレオン12（CCl
2F
2）は、そのような冷媒の一つとして注目されました。これは、以前のより毒性の高い化合物に取って代わり、キッチン冷蔵庫の需要を高め、利益を生むようになりました。1949年までにデュポン社はキネティック社を買収し、他のいくつかのフロン化合物を販売しました。[78] [90] [91] [ 92] ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）は、1938年にキネティック社で冷媒の研究をしていたロイ・J・プランケットによって偶然発見され、その優れた耐薬品性と耐熱性により、1941年までに商業化と大量生産が加速されました。[78] [90] [91]

フッ素元素の大規模生産は第二次世界大戦中に始まりました。ドイツは高温電気分解を用いて、計画されていた焼夷弾用の三フッ化塩素を何トンも製造しました[93] 。また、マンハッタン計画では、ウラン濃縮用の六フッ化ウランを大量に製造しました。UF
6フッ素と同等の腐食性を持つため、ガス拡散プラントでは特殊な材料が必要でした。膜にはニッケル、シールにはフッ素ポリマー、冷却剤や潤滑剤としては液体フルオロカーボンが使用されました。この急成長を遂げた原子力産業は、後に戦後のフッ素化学品開発を牽引しました。[94]

化合物

フッ素は有機・無機を問わず、幅広い化学的性質を有しています。金属、非金属、半金属、そしてほとんどの希ガスと結合します。[95]フッ素は高い電子親和力を持つため、イオン結合を好みます。共有結合を形成する場合は極性があり、ほとんどの場合単結合です。[96] [97] [注 9]

酸化状態

化合物中のフッ素は、ほとんどの場合、酸化状態が-1である。F
2は酸化状態0であると定義される。不安定な種F−
2およびF−
3は40 K付近で分解し、中間の酸化状態をとる。[98] F+4
​いくつかの関連種は安定していると予測されている。[99]

金属

アルカリ金属はイオン性で溶解度の高い一フッ化物を形成し、これらは塩化ナトリウムや類似の塩化物と同じ立方晶系構造をとる。 [100] [101]アルカリ土類金属の二フッ化物は強いイオン結合を持つが水には溶けない。[84]ただし、二フッ化ベリリウムは共有結合性も持ち、石英のような構造をとる。 [102] 希土類元素やその他多くの金属は、主にイオン性の三フッ化物を形成する。[103] [104] [105]

共有結合は、四フッ化物で初めて顕著になります。ジルコニウム、ハフニウム[106] [107]、およびいくつかのアクチノイド[108]の共有結合はイオン性で融点が高く[109] [注 10]、チタン[112] 、バナジウム[113]、ニオブ[114]の共有結合はポリマー性で、[114]、 350℃（662°F）以下で融解または分解します。[115] 五フッ化物も、線状ポリマーとオリゴマー錯体でこの傾向を引き継いでいます。[116] [117] [118] 13種類の金属六フッ化物が知られており[注 11] 、すべて八面体で、液体のMoFを除いてほとんどが揮発性の固体です。
6およびReF
6、および気体WF
6[119] [120] [121] 唯一特徴付けられた金属七フッ化物である七フッ化レニウムは、五角両錐形の分子構造を持つ低融点分子固体である。[122]七フッ化金は、分子F 2とAuF 5の低温錯体であり、NPA計算によると、F 2配位子のフッ素はほぼ中性であるのに対し、分子のAuF 5部分のフッ素は強い負の部分電荷を持っていることがわかった。これは、F 2配位子がゼロ酸化状態のフッ素を表すことと一致する。[123]フッ素原子を多く含む金属フッ化物は特に反応性が高い。[124]

金属フッ化物の構造進化
小さな青いボールと大きな黄色いボールがチェッカーボードのような格子状に3次元に並んでおり、各ボールには反対のタイプの6つの最も近いボールがある。紫と黄色のボールが交互に並んだ直線のチェーン。紫のボールはチェーンに対して垂直にさらに4つの黄色のボールと連結されている。中央の紫色のボールとその真上と真下に黄色のボール、そしてその周囲に 5 つの黄色のボールが赤道状に連なる様子を示すボールと棒の絵
フッ化ナトリウム、イオン性五フッ化ビスマス、ポリマー七フッ化レニウム、分子

水素

水とフッ化水素が、より軽い分子の沸点が低い傾向を打破していることを示すグラフ
ハロゲン化水素とカルコゲニドの沸点。フッ化水素と水の沸点が異常に高いことを示している。

水素とフッ素が結合してフッ化水素が生成されます。フッ化水素では、個々の分子が水素結合によってクラスターを形成し、塩化水素よりも水に似ています。[125] [126] [127]フッ化水素は、より重いハロゲン化水素よりもはるかに高い温度で沸騰し、それらとは異なり、水と混和します。 [128]フッ化水素は水と接触すると容易に水和して、フッ化水素酸としても知られる水性フッ化水素を形成します。他のハロゲン化水素酸が強酸であるのとは異なり、フッ化水素酸は低濃度では弱酸です。 [129] [130]しかし、他の酸ではできないガラスを侵すことができます。[131]

その他の反応性非金属

三フッ化塩素は腐食性があり、アスベスト、コンクリート、砂、その他の難燃剤に発火する可能性がある[132]

半金属およびpブロック非金属の二元系フッ化物は、一般的に共有結合性で揮発性があり、反応性は様々である。第3周期以上の重金属は超原子価フッ化物を形成することがある。[133]

三フッ化ホウ素は平面構造で不完全八重項を持つ。ルイス酸として機能し、アンモニアなどのルイス塩基と結合して付加物を形成する。[134] 四フッ化炭素は四面体で不活性である。[注 12] そのグループ類似体である四フッ化ケイ素と四フッ化ゲルマニウムも四面体であるが[135]ルイス酸として振舞う。[136] [137]ニクトゲンは三フッ化物を形成し、分子量が大きくなるにつれて反応性と塩基性が増加するが、三フッ化窒素は加水分解に抵抗し、塩基性ではない。[138]リン、ヒ素、アンチモンの五フッ化物は、それぞれの三フッ化物よりも反応性が高く、五フッ化アンチモンは五フッ化金に次いで最も強い中性ルイス酸として知られている。[116] [139] [140]

カルコゲンには多様なフッ化物が存在する。酸素（酸素の酸化数が+2の唯一の既知の化合物）、硫黄、セレンには不安定な二フッ化物が報告されている。硫黄、セレン、テルルには四フッ化物と六フッ化物が存在する。テルルはより多くのフッ素原子とより軽い中心原子によって安定化されるため、六フッ化硫黄は特に不活性である。[141] [142]塩素、臭素、ヨウ素はそれぞれ一フッ化物、三フッ化物、五フッ化物を形成できるが、ハロゲン間七フッ化物の中では七フッ化ヨウ素のみが特徴付けられている。[143]これらの多くは強力なフッ素原子源であり、三フッ化塩素を工業用途で使用する際には、フッ素の場合と同様の注意が必要である。[144] [145]

希ガス

皿の中の透明な結晶を示す白黒写真
これらの四フッ化キセノンの結晶は1962年に撮影されました。この化合物の合成は、六フッ化白金酸キセノンと同様に、多くの化学者を驚かせました。[146]

完全な電子殻を持つ希ガスは、1962年にニール・バートレットがキセノンヘキサフルオロ白金酸塩の合成を報告するまで、他の元素と反応しませんでした。 [147]それ以来、キセノン ジフルオリド、テトラフルオリド、ヘキサフルオリド、および複数のオキシフルオリドが単離されました。[148]その他の希ガスのうち、クリプトンはジフルオリドを形成し、[149]ラドンとフッ素はジフルオリドラドンと思われる固体を生成します。[150] [151]より軽い希ガスの二成分フッ化物は非常に不安定です。アルゴンとフッ化水素は極端な条件下で結合してアルゴンフルオロハイドライドを生成します。[42]ヘリウムには長寿命のフッ化物が存在せず、[152]ネオンフッ化物もこれまで観測されていません。[153]ヘリウムフルオロハイドライドは、高圧・低温で数ミリ秒間検出されたことがある。[152]

有機化合物

2層の液体が入ったビーカー。上部には金魚とカニ、下部にはコインが沈んでいる。
ビーカー内の色のついた水 (上) とはるかに密度が高いペルフルオロヘプタン(下) の混ざらない層。金魚とカニは境界を突き抜けることができず、四分の一が底に留まります。
骨格化学式
燃料電池やその他の多くの用途に使用されているフッ素ポリマーであるナフィオンの化学構造[154]

炭素-フッ素結合は有機化学において最も強い結合であり[155]、有機フッ素化合物に安定性を与えます。[156]自然界にはほとんど存在しませんが、人工化合物に利用されています。この分野の研究は通常、商業的応用によって推進されています。[157]関与する化合物は多様であり、有機化学に内在する複雑さを反映しています。[90]

離散分子

アルカン中の水素原子がフッ素原子に徐々に置換されると、いくつかの特性が徐々に変化します。融点と沸点が低下し、密度が増加し、炭化水素への溶解度が低下し、全体的な安定性が向上します。すべての水素原子が置換されたパーフルオロカーボン[注 13]は、ほとんどの有機溶媒に不溶性であり、常温では液体アンモニア中のナトリウムとのみ反応します。[158]

パーフルオロ化合物という用語は、官能基（多くの場合カルボン酸）がなければパーフルオロカーボンとなる化合物に用いられる。これらの化合物は、安定性や疎水性など、パーフルオロカーボンと多くの特性を共有するが、官能基によって反応性が向上し、表面に付着したり、界面活性剤として作用したりする。 [ 162]特にフッ素系界面活性剤は、炭化水素系類似体よりも水の表面張力を低下させることができる。官能基の近くにフッ素化されていない炭素原子を持つフルオロテロマーもパーフルオロ化合物とみなされる。[161]

ポリマー

ポリマーは、個々の分子におけるフッ素置換（水素置換）によってもたらされるのと同じ安定性の増加を示し、その融点も一般的に上昇する。[163] ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、最も単純なフッ素ポリマーであり、構造単位CF
2– は、予想どおりこの変化を示すが、融点が非常に高いため成形が困難である。[164]さまざまな PTFE 誘導体は耐熱性が低いが成形が容易である。フッ素化エチレンプロピレンはフッ素原子の一部をトリフルオロメチル基に置き換え、パーフルオロアルコキシアルカンも同様にトリフルオロメトキシ基に置き換え、[164]ナフィオンはスルホン酸基でキャップされたパーフルオロエーテル側鎖を含む。 [165] [166]他のフッ素ポリマーは水素原子の一部を保持します。ポリフッ化ビニリデンはPTFE のフッ素原子の半分を持ち、ポリフッ化ビニルは4 分の 1 ですが、どちらもパーフルオロポリマーとほぼ同じように動作します。[167]

生産

フッ素元素およびほぼすべてのフッ素化合物は、フッ化水素またはその水溶液であるフッ化水素酸から生成される。フッ化水素は、蛍石（CaF 2）と硫酸の吸熱反応によって窯で生成される。 [168]

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2HF(g) + CaSO 4

ガス状のHFは水に吸収されるか、液化される。[169]

製造されるHFの約20％は肥料製造の副産物であり、ヘキサフルオロケイ酸（H 2 SiF 6）を生成しますが、これは熱分解や加水分解によってHFに分解されます。

H 2 SiF 6 → 2 HF + SiF 4
SiF 4 + 2 H 2 O → 4 HF + SiO 2

Fへの産業ルート2

機械室
プレストンの工業用フッ素セル

モアッサン法は、フッ化水素酸カリウムの混合物を電気分解して工業量のフッ素を製造するのに用いられる。8 ～ 12ボルトの電圧で、鋼鉄容器の陰極で水素イオンが還元され、炭素ブロック陽極でフッ化物イオンが酸化されて、それぞれ水素とフッ素ガスが発生する。[ 63] [170]温度が高められ、KF•2HF は 70 °C (158 °F) で融解し、70～130 °C (158～266 °F) で電気分解される。KF は導電性を付与する働きがあり、実質的に非導電性の HF の電気分解を可能にする。[78] [171] [172]フッ素は、内部が不動態化された鋼鉄シリンダーに入れて 200 °C (392 °F) 以下の温度で保管できる。そうでなければニッケルを使用できる。[78] [173]調整弁と配管はニッケル製ですが、後者はモネルが使用されている可能性があります。[174]頻繁な不動態化処理と、水とグリースの厳格な排除が必要です。実験室では、ガラス器具が低圧および無水条件下でフッ素ガスを帯びる可能性があるため、[174]ニッケル-モネル-PTFEシステムを推奨する情報源もあります。[175]

研究室ルート

1986年にモワッサンの功績100周年を記念する会議の準備中、カール・O・クリステは、一部の金属フッ化物アニオンには安定な中性イオンが存在せず、酸性化によって酸化反応が引き起こされる可能性があるため、化学的フッ素生成は可能であると推論した。彼は、高収率かつ大気圧下でフッ素を発生する方法を考案した。[176]

2KMnO4 + 2KF + 10HF + 3H2O2 → 2K2MnF6 + 8H2O + 3O2 ↑​​​​​​​​​​
2 K 2 MnF 6 + 4 SbF 5 → 4 KSbF 6 + 2 MnF 3 + F 2 ↑

クリステは後に、反応物は「100年以上前から知られており、モアッサンでさえこの計画を思いついたはずだ」とコメントした。[177] 2008年になっても、フッ素は化学的に分離するには反応性が高すぎると主張する文献がいくつかあった。[178]

産業用途

世界のフッ素の大部分を供給している蛍石採掘は、1989年に560万トンの鉱石が採掘されたピークを迎えました。クロロフルオロカーボン（CFC）規制により、1994年には360万トンに減少しましたが、その後生産量は増加を続けています。2003年には約450万トンの鉱石が採掘され、 5億5,000万米ドルの収益が生み出されました。その後の報告書では、2011年の世界のフッ素化学製品の売上高は150億ドルと推定され、2016～2018年には生産量が350万～590万トン、収益が少なくとも200億ドルになると予測されています。[78] [179] [180] [181] [182] フロス浮選法では、採掘された蛍石を2つの主要な冶金等級に等分に分離します。純度60～85%の硝石はほぼすべて鉄の製錬に使用され、純度97%以上の硝石は主に重要な工業中間体であるフッ化水素に変換されます。[63] [78] [183]

FluoriteFluorapatiteHydrogen fluorideMetal smeltingGlass productionFluorocarbonsSodium hexafluoroaluminatePickling (metal)Fluorosilicic acidAlkane crackingHydrofluorocarbonHydrochlorofluorocarbonsChlorofluorocarbonTeflonWater fluoridationUranium enrichmentSulfur hexafluorideTungsten hexafluoridePhosphogypsum
クリック可能な質量流量によるフッ素化学産業の図
周囲にワイヤーが巻かれ、下部が太くなったミナレットのような電気機器
SF
6ロシアの鉄道の変流器

フッ素は毎年少なくとも17,000トン生産されています。ウランまたは六フッ化硫黄として1キログラムあたりわずか5～8ドルですが、元素として扱う場合は取り扱いの難しさから、その何倍ものコストがかかります。遊離フッ素を大量に使用するプロセスのほとんどは、垂直統合による原位置生成を採用しています。[184]

フッ素ガスの最大の用途は、 UFの製造であり、年間最大7,000トンを消費している。
6核燃料サイクルでは、フッ素は二酸化ウランとフッ化水素酸から生成される四フッ化ウランをフッ素化するために使用されています。 [184]フッ素は単一同位体であるため、UF
6分子は、235
Uまたは238
Uは、ガス拡散法またはガス遠心分離法によるウラン濃縮を可能にする。[5] [63]不活性誘電体 SFの製造には、年間約6,000トンが使用される。
6高電圧変圧器や遮断器に使用され、油入り機器に関連する有害なポリ塩化ビフェニルが不要になりました。 [185]電子機器にはいくつかのフッ素化合物が使用されています。例えば、化学蒸着法では六フッ化レニウムとタングステン、プラズマエッチングでは四フッ化メタン[186] [187] [188]、洗浄装置では三フッ化窒素が使用されています。 [63]フッ素は有機フッ素化合物の合成にも使用されますが、その反応性のため、まずより穏やかなClF
3、BrF
3、またはIF
5これらを組み合わせることで、校正されたフッ素化が可能になります。フッ素化医薬品では、代わりに四フッ化硫黄が使用されます。[63]

無機フッ化物

アルミニウムの抽出は氷晶石に大きく依存している

他の鉄合金と同様に、1メートルトンの鋼には約3kg（6.6ポンド）のフッ化物イオンが添加され、フッ化物イオンにより融点と粘度が下がる。[63] [189]エナメルや溶接棒コーティングなどの材料への添加物としての役割とは別に、ほとんどのフッ化水素酸は硫酸と反応してフッ化水素酸を形成し、鋼の酸洗い、ガラスのエッチング、アルカンクラッキングに使用されている。[63] HFの3分の1は、アルミニウム抽出のためのホール・エルー法のフラックスである氷晶石と三フッ化アルミニウムの合成に使用される。製錬装置と時々反応するため補充が必要になる。アルミニウム1メートルトンには、約23kg（51ポンド）のフラックスが必要である。[63] [190]フッ化ケイ酸塩は2番目に大きな割合を消費し、フッ化ケイ酸ナトリウムは水のフッ素化や洗濯排水処理に使用され、また氷晶石や四フッ化ケイ素の中間体としても使用されます。[191]その他の重要な無機フッ化物には、コバルト、ニッケル、アンモニウムのフッ化物があります。[63] [101] [192]

有機フッ化物

有機フッ素化合物は、採掘される蛍石の20％以上、フッ化水素酸の40％以上を消費しており、冷媒ガスが主流であり、フッ素ポリマーが市場シェアを拡大​​している。[63] [193]界面活性剤はマイナーな用途であるが、年間10億ドル以上の収益を生み出している。[194] -150℃（-238℉）を超えると炭化水素とフッ素が直接反応する危険性があるため、工業的なフルオロカーボンの製造は間接的であり、主にスワーツフッ素化などのハロゲン交換反応によって行われ、スワーツフッ素化では、触媒下でクロロカーボンの塩素がフッ素と置換される。電気化学的フッ素化では、炭化水素をフッ化水素中で電気分解し、ファウラー法では、三フッ化コバルトなどの固体フッ素キャリアで処理する。[90] [195]

冷媒ガス

ハロゲン化冷媒（非公式にはフレオンと呼ばれる）[注 15]は、存在するフッ素、塩素、炭素、水素の量を示すR番号で識別されます。 [63] [196] R-11、R-12、R-114などのクロロフルオロカーボン（CFC）は、かつて有機フッ素化合物の主流であり、1980年代に生産がピークに達しました。空調システム、推進剤、溶剤に使用されているCFCの生産量は、国際的な広範な禁止を受けて、2000年代初頭までにピーク時の10分の1以下に低下しました。[63]ハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）とハイドロフルオロカーボン（HFC）は代替品として設計されました。これらの合成には、有機産業におけるフッ素の90％以上が消費されています。重要なHCFCには、R-22、クロロジフルオロメタン、R-141bがあります。主なHFCはR-134a [63]ですが、新しいタイプの分子であるHFO-1234yfは、HFC-134aの1%未満の地球温暖化係数のために注目を集めています。 [197]

ポリマー

青い布の上の光沢のある球状の水滴
フッ素界面活性剤で処理された布地は疎水性であることが多いです。

2006年と2007年には約18万トンのフッ素ポリマーが生産され、年間35億ドル以上の収益を生み出しました。[198] 2011年の世界市場規模は60億ドル弱と推定されました。[199]フッ素ポリマーはフリーラジカルの重合によってのみ形成されます。[163]

ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、デュポン社での名称がテフロンであることもあり、[200]、世界のフッ素ポリマー生産量の60～80質量％を占めています。[198] PTFEは優れた誘電体であるため、最大の用途は電気絶縁体です。また、耐腐食性が必要とされる化学産業でも、パイプ、チューブ、ガスケットのコーティングに使用されています。もう1つの主な用途は、スタジアムの屋根に用いられるPFTEコーティングされたグラスファイバークロスです。消費者の主な用途は、ノンスティック調理器具です。[200]延伸PTFEフィルムは、延伸PTFE（ePTFE）になります。ePTFEは、ゴアテックスというブランド名で呼ばれることもある微孔性の膜で、レインウェア、防護服、フィルターに使用されています。ePTFE繊維は、シールやダストフィルターに使用できます。[200]フッ素化エチレンプロピレンなどの他のフッ素ポリマーは、PTFEの特性を模倣しており、PTFEの代替品となります。成形性に優れているが、コストが高く、熱安定性が低い。太陽電池では、2種類のフッ素ポリマーからなるフィルムがガラスの代替として使用されている。[200] [201]

化学的に耐性がある（しかし高価）フッ素化イオノマーは電気化学セル膜として用いられており、その最初の、そして最も顕著な例はナフィオンである。1960年代に開発され、当初は宇宙船の燃料電池材料として使用され、その後、水銀ベースの塩素アルカリ法セルに取って代わった。近年、プロトン交換膜燃料電池を自動車に搭載する取り組みにより、燃料電池への応用が再浮上している。 [202] [203] [204] バイトンなどのフッ素エラストマーは、主にOリングに使用される架橋フッ素ポリマー混合物である。[200]パーフルオロブタン（C 4 F 10）は消火剤として使用される。[205]

界面活性剤

フッ素系界面活性剤は、撥水・防汚効果を持つ小さな有機フッ素分子です。高価（1キログラムあたり200～2000ドルの医薬品に匹敵）であるにもかかわらず、2006年までに年間10億ドル以上の売上高を生み出しました。スコッチガードだけでも2000年には3億ドル以上の売上高を上げました。 [194] [206] [207]フッ素系界面活性剤は界面活性剤市場全体の中では少数派であり、その大部分ははるかに安価な炭化水素系製品に占められています。塗料への用途は配合コストの負担が大きく、2006年の市場規模はわずか1億ドルでした。[194]

農薬

農薬の約30％にはフッ素が含まれており、[208]そのほとんどが除草剤と殺菌剤で、作物調整剤はわずかです。通常、1つの原子または多くてもトリフルオロメチル基のフッ素置換は、フッ素化医薬品と類似した効果（生物学的滞在時間の増加、膜通過、分子認識の変更）を伴う強力な修飾です。[209] トリフルラリンは、除草剤として米国で大規模に使用されている顕著な例ですが、[209] [210]発がん性の疑いがあり、多くのヨーロッパ諸国で禁止されています。[211] モノフルオロ酢酸ナトリウム（1080）は、酢酸ナトリウムの水素1つがフッ素に置き換えられた哺乳類の毒です。クエン酸回路で酢酸を置き換えることで細胞代謝を阻害します。19世紀後半に初めて合成され、 20世紀初頭に殺虫剤として認識され、その後現在の用途に使用されました。 1080の最大の消費国であるニュージーランドは、オーストラリアに侵入したフクロオポッサムからキウイを守るために1080を使用しています。[212]ヨーロッパとアメリカは1080を禁止しています。 [213] [214] [注 16]

医療用途

歯科治療

茶色の物質が入ったプラスチックのトレイを持ち、少年の開いた口に小さな棒を突き刺す男性
パナマにおける局所フッ素療法

20 世紀半ば以降の人口研究では、局所的なフッ化物が虫歯を減らすことが示されている。これは最初、歯のエナメル質のハイドロキシアパタイトがより耐久性のあるフッ化アパタイトに変化するためであると考えられたが、フッ化物添加前の歯の研究によりこの仮説は否定され、現在の理論では、フッ化物が小さな虫歯のエナメル質の成長を助けると考えられている。[215]飲料水に天然にフッ化物が存在する地域の子供たちの研究の後、虫歯対策として管理された公共水道のフッ化物添加[216]が 1940 年代に始まり、現在では世界人口の 6 % の水道水に適用されており、これにはアメリカ人の 3 分の 2 が含まれる。[217] [218] 2000 年と 2007 年の学術文献のレビューでは、水道水のフッ化物添加が子供の虫歯の大幅な減少と関連付けられている。[219]このような支持と、ほとんどが良性の歯のフッ素症以外には悪影響がないという証拠があるにもかかわらず、[220]倫理的および安全性の理由から依然として 反対意見が存在する。[218] [221]フッ素化のメリットは、おそらく他のフッ素源の影響で減少しているが、低所得者層では依然として測定可能である。[222] モノフルオロリン酸ナトリウム、場合によってはフッ化ナトリウムまたはフッ化スズ(II)は、フッ化物配合歯磨き粉によく含まれており、1955年に米国で初めて導入され、現在ではフッ化物配合マウスウォッシュ、ジェル、フォーム、ワニスとともに先進国で広く普及している。[222] [223]

医薬品

「プロザック」と「ディスタ」が見えるカプセル
フルオキセチンカプセル

現代の医薬品の20％にはフッ素が含まれています。[224]これらのうちの1つであるコレステロール低下剤アトルバスタチン（リピトール）は、2011年にジェネリック医薬品になるまで、他のどの薬よりも多くの収益を上げていました。 [225] 2000年代半ばの収益トップ10の薬であった喘息の総合処方薬セレタイドには2つの有効成分が含まれており、そのうちの1つであるフルチカゾンはフッ素化されています。[226]多くの薬は、炭素-フッ素結合が非常に安定しているため、不活性化を遅らせ、投与期間を長くするためにフッ素化されています。[227]また、フッ素化は炭素-水素結合よりも疎水的な結合であるため親油性を高め、これが細胞膜透過性とバイオアベイラビリティを高めることがよくあります。[226]

三環系抗うつ薬や1980年代以前の他の抗うつ薬は、セロトニン以外の神経伝達物質を非選択的に阻害するため、いくつかの副作用がありました。フッ素化フルオキセチンは選択的であり、この問題を回避した最初の抗うつ薬の一つです。選択的セロトニン再取り込み阻害薬であるシタロプラム、そのエナンチオマーであるエスシタロプラム、フルボキサミン、パロキセチンなど、現在の多くの抗うつ薬も同様の治療を受けています。 [228] [229]キノロン系抗生物質は、効果を高めるためにフッ素化されていることが多い人工の広域スペクトル抗生物質です。これにはシプロフロキサシンやレボフロキサシンが含まれます。[230] [231] [232] [233]フッ素はステロイドにも利用されている。[234]フルドロコルチゾンは血圧を上昇させるミネラルコルチコイドであり、トリアムシノロンとデキサメタゾンは強力なグルココルチコイドである。[235]吸入麻酔薬の大部分はフッ素化されている。原型となったハロタンは、同時代の麻酔薬よりもはるかに不活性で強力である。後に登場したフッ素化エーテルであるセボフルランやデスフルランなどの化合物はハロタンよりも優れており、血中にほとんど溶けないため、覚醒時間を短縮することができる。[236] [237]

PETスキャン

対象となる臓器が強調表示された人体の回転する透明な画像
全身18
放射性フッ素18で標識したグルコースを用いたPETスキャン。正常な脳と腎臓は、画像化に必要な量のグルコースを取り込みます。上腹部に悪性腫瘍が見られます。膀胱内の尿中に放射性フッ素が見られます。

フッ素18は、半減期が約2時間と長いため、製造施設から画像診断センターへの輸送が容易で、陽電子放出断層撮影（PET）用の放射性トレーサーとしてよく使用されます。 [238]最も一般的なトレーサーはフルオロデオキシグルコースです。[238]これは静脈注射後、脳や悪性腫瘍などのブドウ糖を必要とする組織に吸収されます。[239]その後、 コンピューター断層撮影（CT）を用いて詳細な画像診断を行うことができます。[240]

酸素運搬体

液体フルオロカーボンは、血液よりも大量の酸素や二酸化炭素を保持できるため、人工血液や液体呼吸への使用が注目されている。[241]フルオロカーボンは通常水と混ざらないため、血液として使用するにはエマルジョン（水中に浮いたパーフルオロカーボンの小さな液滴）に混ぜる必要がある。[242] [243]そのような製品の1つであるオキシサイトは、初期の臨床試験を終えている。[244]これらの物質は持久力アスリートの助けになる可能性があり、スポーツでは禁止されている。1998年に1人のサイクリストが瀕死の状態になったことをきっかけに、その乱用について調査が行われた。[245] [246]純粋なパーフルオロカーボン液体呼吸（水エマルジョンではなく、純粋なパーフルオロカーボン液体を使用する）の用途には、火傷の患者や肺の機能不全の未熟児の補助が含まれる。肺の部分的な充填と完全な充填が検討されているが、人間を対象とした重要なテストが行​​われたのは前者のみである。[247]アライアンス・ファーマシューティカルズ社の取り組みは臨床試験まで進んだが、結果が通常の治療法よりも優れていなかったため中止された。[248]

生物学的役割

フッ素はヒトや他の哺乳類にとって必須ではありませんが、少量の摂取は歯のエナメル質の強化に有益であることが知られています（フッ素アパタイトの形成により、細菌による糖の発酵によって生成される酸に対するエナメル質の耐性が高まります）。少量のフッ素は骨の強度に有益である可能性がありますが、後者については明確には確立されていません。[249]世界保健機関（WHO）と米国国立科学アカデミー医学研究所は、フッ素の推奨1日摂取量（RDA）と上限摂取量を公表しており、これは年齢と性別によって異なります。[250] [251]

天然の有機フッ素化合物は微生物、植物[66]、そして最近では動物[252]から発見されている。最も一般的なものはフルオロ酢酸であり、アフリカ、オーストラリア、ブラジルの少なくとも40種の植物が草食動物に対する防御として利用している。 [213]その他の例としては、末端フッ素化脂肪酸、フルオロアセトン、2-フルオロクエン酸などがある。[253]フッ素を炭素に結合する酵素であるアデノシルフルオリド合成酵素が2002年に細菌で発見された。[254]

毒性

フッ素元素は生体に対して非常に有毒です。人体への影響はシアン化水素の50ppm [255]よりも低い濃度から始まり、塩素と同等です[256]。フッ素にとって生命と健康に直ちに危険となる濃度である25ppmを超えると、眼と呼吸器系への重大な刺激、および肝臓と腎臓への障害が起こります[257] 。眼と鼻は100ppmで深刻な損傷を受け[257]、1,000ppmのフッ素を吸入すると数分で死に至ります[258]。一方、シアン化水素の場合は270ppmです[259] 。

フッ化水素酸

フッ素
危険
GHSラベル：
GHS03: 酸化GHS05: 腐食性GHS06: 有毒GHS07: 感嘆符GHS08: 健康被害GHS09: 環境ハザード
危険
H270、H310+H330、H314 [260]
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 4: Readily capable of detonation or explosive decomposition at normal temperatures and pressures. E.g. nitroglycerinSpecial hazard W+OX: Reacts with water in an unusual or dangerous manner AND is oxidizer
4
0
4
W
OX
左手と右手、2つのビュー、火傷した人差し指
フッ化水素酸による火傷は1日経たないと症状が明らかにならない可能性があり、それ以降はカルシウム治療の効果が低下します。[261]

フッ化水素酸はハロゲン化水素酸の中で最も弱く、25℃でのpKaは3.2です。 [262]純粋なフッ化水素は水素結合のため揮発性の液体ですが、他のハロゲン化水素は気体です。ガラス、コンクリート、金属、有機物を侵食する可能性があります。[263]

フッ化水素酸は、硫酸などの多くの強酸よりも危険性が高い接触毒物です。水溶液中では中性のままなので、吸入、経口摂取、皮膚からの摂取を問わず、組織への浸透が速く、1984年から1994年にかけて少なくとも9人の米国人労働者が同様の事故で亡くなっています。フッ化水素酸は血液中のカルシウムやマグネシウムと反応して低カルシウム血症を引き起こし、不整脈によって死に至ることもあります。[264]不溶性のフッ化カルシウムが形成されると激しい痛みが生じ[265] 、160 cm 2 (25 in 2 )を超える熱傷は重篤な全身毒性を引き起こす可能性があります。[266]

50%のHFでは曝露が8時間、低濃度では24時間まで顕在化しない場合があり、フッ化水素は神経機能に影響を与えるため、熱傷は最初は無痛である場合があります。皮膚がHFに曝露された場合は、10～15分間水流で洗い流し、汚染された衣類を脱ぐことで損傷を軽減できます。[267]次に グルコン酸カルシウムが塗布されることが多く、これはフッ化物と結合するカルシウムイオンを供給します。皮膚熱傷は、2.5%グルコン酸カルシウムゲルまたは専用の洗浄液で治療できます。[268] [269] [270]フッ化水素酸の吸収にはさらなる治療が必要です。グルコン酸カルシウムは注射または静脈内投与されます。一般的な実験試薬である塩化カルシウムをグルコン酸カルシウムの代わりに使用することは禁忌であり、重篤な合併症を引き起こす可能性があります。患部の切除または切断が必要になる場合もあります。[266] [271]

フッ化物イオン

水溶性フッ化物は中程度の毒性があり、フッ化ナトリウム5～10g、または体重1kgあたりフッ化物イオン32～64mgは、成人の致死量に相当します。[272]致死量の5分の1でも健康に悪影響を及ぼす可能性があり、[273]慢性的に過剰に摂取すると、アジアやアフリカで数百万人が罹患している骨フッ素症や、小児の知能低下につながる可能性があります。[273] [274]摂取されたフッ化物は胃の中でフッ化水素酸となり、腸で容易に吸収されます。腸管で細胞膜を通過し、カルシウムと結合して様々な酵素の働きを阻害し、尿中に排泄されます。曝露限界は、尿検査でフッ化物イオンを排出する身体の能力を調べることで決定されます。[273] [275]

歴史的に、フッ化物中毒のほとんどは、無機フッ化物を含む殺虫剤の誤飲が原因でした。[276]現在、フッ化物中毒の疑いで中毒情報センターに寄せられる電話のほとんどは、フッ化物入りの歯磨き粉の摂取によるものです。[273]水道水フッ化物添加装置の故障も原因の一つで、アラスカで起きたある事件では、約300人が影響を受け、1人が死亡しました。[277]歯磨き粉の危険性は小さな子供にとってさらに深刻で、疾病管理予防センターは、 6歳未満の子供が歯を磨く際には、歯磨き粉を飲み込まないように監督するよう推奨しています。[278]ある地域研究では、1年間に報告された87件のプレティーンのフッ化物中毒を調査し、殺虫剤の摂取による死亡例が1件ありました。ほとんどの子供には症状がありませんでした[279]

環境問題

雰囲気

北米上空のオゾン分布を年ごとに6段階に分けて色分けしたアニメーション。最初はオゾン層が非常に多いですが、2060年には完全に消滅します。
モントリオール議定書がない場合の北米の成層圏オゾンのNASA予測[280]

1987年に署名されたモントリオール議定書は、オゾン層破壊係数（ODP）を理由にクロロフルオロカーボン（CFC）とブロモフルオロカーボンに厳しい規制を設定した。元々の用途に適していた高い安定性は、遊離した塩素と臭素の原子がオゾン分子を攻撃する高高度に達するまで分解しないことも意味していた。 [281]禁止され、その有効性の初期の兆候があったにもかかわらず、完全な回復までには数世代かかると予測されていた。[282] [283] CFCのODPが10分の1のハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）が現在の代替物質であり、[284] HCFC自体も2030〜2040年までに塩素を含まずODPがゼロのハイドロフルオロカーボン（HFC）に置き換えられる予定である。[285] 2007年にこの日付は先進国については2020年に前倒しされた。[286]環境保護庁は2003年にすでにHCFCの一種の生産を禁止し、他の二種類の生産に上限を設けていた。 [285]フッ化炭素ガスは一般に温室効果ガスであり、地球温暖化係数（GWP）は約100～10,000である。六フッ化硫黄の値は20,000程度である。[287]例外として、ハイドロフルオロオレフィン（HFO）と呼ばれる新しいタイプの冷媒であるHFO-1234yfがあり、現在の冷媒規格であるHFC-134aのGWPが1,430であるのに対し、そのGWPは1未満であるため、世界的な需要を集めている。[197]

生体持続性

パーフルオロオクタンスルホン酸、2000年までスコッチガードの主要成分であった[288]

有機フッ素化合物は、炭素とフッ素の結合が強いため、生体内に残留性を示す。酸性官能基のために水に難溶性のパーフルオロアルキル酸（PFAA）は、残留性有機汚染物質として知られている。[289] パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）とパーフルオロオクタン酸（PFOA）が最もよく研​​究されている。[290] [291] [292] PFAAは、ホッキョクグマから人間に至るまで世界中で微量に見つかっており、PFOSとPFOAは母乳や新生児の血液中に存在することが知られている。2013年のレビューでは、地下水と土壌のPFAAレベルと人間の活動の間にわずかな相関関係があることが示された。1つの化学物質が優勢であるという明確なパターンはなく、PFOSの量が多いとPFOAの量も多かった。[290] [291] [293]体内で、PFAAは血清アルブミンなどのタンパク質に結合します。これらはヒトの体内で肝臓と血液中に濃縮され、その後腎臓から排泄される傾向がある。体内での滞留時間は種によって大きく異なり、げっ歯類では半減期が数日であるのに対し、ヒトでは数年である。[290] [291] [294]高用量のPFOSとPFOAは、げっ歯類の新生児に癌や死を引き起こすが、ヒトを対象とした研究では、現在の曝露レベルでの影響は確認されていない。[290] [291] [294]

参照

注記

  1. ^ 水素はハロゲンとはみなされないものとします。
  2. ^ 酸素、フッ素、ネオン原子の半径については情報源によって意見が分かれており、正確な比較は不可能である。
  3. ^ α-フッ素は分子が規則的なパターンを持ち、結晶性の固体であるが、その分子は特定の配向を持たない。β-フッ素の分子は固定された位置を持ち、回転の不確実性は最小限である。[46]
  4. ^ バシリウス・ヴァレンティヌスは15世紀後半に蛍石について記述したとされているが、彼の著作が200年後に発見されたため、その信憑性は疑わしい。[70] [71] [72]
  5. ^ あるいは1670年以降という早い時期からかもしれません。Partington [76]とWeeks [75]は異なる説明をしています。
  6. ^ Flは2012年以降、フレロビウムを表すために使用される。
  7. ^ デイビー、ゲイ＝リュサック、テナール、そしてアイルランドの化学者トーマスとジョージ・ノックスが負傷した。ベルギーの化学者ポラン・ルイエとフランスの化学者ジェローム・ニクレは死亡した。モアッサンも重度のフッ化水素中毒にかかった。[75] [85  ]
  8. ^ また、電気アーク炉の発明も称賛された。
  9. ^ 準安定状態のホウ素および一フッ化窒素は高次のフッ素結合を有し、一部の金属錯体はこれを架橋配位子として用いる。水素結合も考えられる。
  10. ^ ZrF
    4    932℃（1,710℉）で融解する[110] HfF
    4    968℃（1,774°F）で昇華し、[107 ] UF
    4    1,036℃（1,897℉）で融解する。[111]
  11. ^ これら 13 個は、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、ポロニウム、ウラン、ネプツニウム、およびプルトニウムです。
  12. ^四フッ化炭素は正式には有機化合物であるが、 SiFとの比較のため、より複雑な炭素フッ素化合物を扱う有機フッ素化学のセクションではなく、ここに含めている。
    4    およびGeF
    4    。
  13. ^ パーフルオロカーボンとフルオロカーボンは、炭素とフッ素のみを含む分子のIUPAC同義語ですが、口語および商業的な文脈では、後者の用語は、他の元素を含む可能性のある炭素とフッ素を含む分子を指す場合があります。
  14. ^ この用語は不正確であり、過フッ素化合物という用語も使用されている。[160]
  15. ^ このデュポン商標は、CFC、HFC、または HCFC の意味で誤用されることもあります。
  16. ^ アメリカの羊や牛の首輪には、コヨーテなどの捕食動物に対して 1080 が使用されることがあります。

出典

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