Výskyt fluoru v přírodě a jeho zdroje

Fluor (F) je vysoce reaktivní, v přírodě se přirozeně vyskytující halogen. Elementární fluor, F2, je za normálních podmínek nažloutlý plyn s typickým, velmi silným a dráždivým zápachem.

Teplota varu F je - 188 °C, bod tání pak - 223 °C. Při styku s vodou (vlhkostí) okamžitě reaguje za vzniku fluorovodíku. V zemské kůře je F co do četnosti na 13. místě.

Elementární F se v přírodě prakticky nevyskytuje. Běžně se F nachází v oxidačním stavu - I. Reaguje s organickými sloučeninami, kovy, i vzácnými prvky.

Anorganické sloučeniny jsou problémové z hlediska fixace biogenních prvků v prostředí a znemožnění jejich biologických funkcí. Organické sloučeniny F jsou perzistentní látky, často skleníkové plyny.

Z anorganických sloučenin fluoru je nejběžnější fluorovodík, kyselina fluorovodíková a její soli, fluoridy. Organické sloučeniny jsou antropogenního původu. K nejznámějším látkám patří fluorované uhlovodíky (freony, halony) a fluorované polymery (např.).

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Fluor (F) je vysoce reaktivní halogen, který okamžitě reaguje s vzdušnou vlhkostí za vzniku fluorovodíku (HF). F nachází díky své reaktivnosti uplatnění v mnoha průmyslových procesech.

Přibližně 50 % vytěženého fluoru je použito při výrobě oceli, zbylá polovina slouží na výrobu fluorovodíku a následně široké palety organických sloučenin (freony, teflon apod.). Hlavní zdroje F v prostředí jsou vysokoteplotní procesy, metalurgický a chemický průmysl a nezabezpečené skládky odpadů.

Výskyt fluoru v přírodě

V zemské kůře je fluor přítomen v koncentraci 544 ppm (mg/kg). Na Zemi je fluor přítomen pouze ve formě sloučenin, a to v nepříliš velkém množství.

Nejvýznamnější minerály fluoru jsou kazivec CaF2 a fluorapatit Ca5(PO4)3F, které se používají k jeho výrobě. K jeho nejvýznamnějším minerálům patří fluorit (neboli kazivec) CaF2, kryolit Na3[AlF6] a fluoroapatit Ca5(PO4)3(F, Cl).

Kryolit patří k vzácným minerálům, který se ve velkém množství vyskytuje pouze v Řecku. Voda oceánů obsahuje pouze přibližně 1 mg F/l, tento nízký obsah je způsoben tím, že většina fluoridů je ve vodě nerozpustná. Ani ve vesmíru není fluor příliš bohatě zastoupen.

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Nejdůležitějšími užitkovými nerosty fluoru jsou minerály fluorit (kazivec) CaF2 a kryolit Na3[AlF6]. Ze všech nerostů má nejvyšší obsah fluoru (73,24 % F) minerál griceit LiF, barberit (NH4)BF4 obsahuje 72,5% fluoru a ferucit NaBF4 obsahuje 69,2% F.

V roce 2011 dosáhla celosvětová těžba všech užitkových minerálů fluoru hodnotu 6,5 Mt. Největším producentem je s roční těžbou 3,3 Mt Čína, 1 Mt se vytěžilo v Mexiku, 430 kt v Mongolsku a 270 kt v JAR. Celosvětové ověřené zásoby nerostů fluoru jsou 240 Mt.

Největším evropským producentem fluoritu je s roční těžbou 132 kt Španělsko, 60 kt fluoritu se těží v Německu a 26 kt ve Velké Británii.

Chování fluoru v prostředí

V prostředí F okamžitě reaguje na fluorovodík. V atmosféře může být navázán na pevné částice, je schopen přenosu na velké vzdálenosti, nebo rozpuštěn ve vlhkosti a spolu se srážkami dopadnout zpět na zemský povrch.

Ve vodě tvoří fluoridy (soli HF) nejčastěji s Al, Ca a Mg, které jsou následně ukládány v sedimentech. V půdě je pevně vázán, dochází jen k nepatrným výluhům. Fluoridy mohou být vstřebávány některými rostlinami.

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

Toxicita a účinky fluoru

F je vysoce toxický plyn. Člověk je F (nebo spíše HF) nejčastěji vystaven vdechováním. Krátkodobá expozice vede k těžko se hojícímu popálení očí a kůže, dochází k podráždění horních i dolních cest dýchacích, otokům plic.

Účinky elementárního fluoru pro jeho reaktivitu za přítomnosti vody a vzduchu jsou těžko rozeznatelné od účinku reakčních produktů. Fluor je považován za látku s mimořádně dráždivým účinkem, silnějším než fluorovodík a účinnějším než chlór.

Lokální účinky vyšších koncentrací fluoru jsou kombinací chemického a tepelného poškození (reakčním teplem při působení na tkáně). Přímý proud fluoru působí v desetinách sekundy na kůži obdobně jako plamen. Při nižších koncentracích dojde k překrvení kůže, otoku a zblednutí.

Zasažené místo velmi silně bolí a vytvoří se špatně se hojící vředy. Inhalace vyšších koncentrací velmi rychle usmrcuje, při menší expozici je nebezpečí otoku plic. Dlouhodobá či opakovaná expozice nízkými koncentracemi vede až k zánětu dýchacích cest a spojivek, zažívacím poruchám a chronické otravě.

Emisní limity

Pro fluor a jeho anorganické sloučeniny, včetně fluoridů, společně s kyanovodíkem, sirovodíkem, silnými anorganickými kyselinami vyjádřenými jako H kromě HCl a brom a jeho anorganické sloučeniny vyjádřené jako Br platí podle Přílohy č.1 k vyhlášce č. 356/2002 Sb. následující limit:

Při hmotnostním toku emisí všech těchto znečišťujících látek vyšším než 100 g/h nesmí být překročena úhrnná hmotnostní koncentrace 10 mg/m3 těchto znečišťujících látek v odpadním plynu. Pro spalování odpadů platí pro plynné sloučeniny fluoru vyjádřené jako HF podle nařízení vlády č. 354/2002 Sb. emisní limit 1 mg/m3.

Fluor jako stopový prvek

Fluor je nejvíce elektronegativní prvek periodické soustavy, který v důsledku silné reaktivnosti přichází v přírodě v úvahu jen ve formě sloučenin. Funkce tohoto stopového prvku v organismu spočívá v mineralizaci kostí a zubů - má význam pro tvrdost skloviny, stabilitu kostní matrice a hustotu kostí.

Zvláštní význam má v dětském věku při vytváření zubů, protože zvyšuje tvrdost skloviny v celé její hmotě nahrazením hydroxylového iontu v hydroxyapatitu. Během dospělosti je fluorid vázán již jen na povrch skloviny, navíc však však jeho přítomnost ve slinách nebo zubním plaku působí proti zubnímu kazu i tím, že brání růstu bakterií vytvářejících kyseliny z cukrů.

Do kostí se ukládá především během jejich růstu a zvyšuje jejich tvrdost a pevnost. Do některých kostí se ukládá více (např.

Zdroje fluoru v potravě a doporučený příjem

Fluoridy se vyskytují v mnoha potravinách, ale většinou jen v malých množstvích, obvykle méně než 1 mg/kg čerstvé hmotnosti. Nejbohatšími zdroji jsou mořští živočichové (např. měkkkýši, korýši, ryby), dále černý čaj (až 200 mg/kg, v čajovém nálevu podle délky vyluhování 0,6 až 3,7 mg/l), kakao, ořechy, obiloviny.

V pitné vodě kolísá obsah fluoridu mezi 0,02 - 1,8 mg/l), vysoký obsah je v minerálních vodách (v některých přes 1,5 mg/l). Biologická využitelnost fluoridu závisí na jeho vazbě, na rozpustnosti sloučeniny a na hodnotě pH v žaludku.

Ionizované fluoridy z vody se absorbují prakticky plně, zatímco absorpce fluoridu vázaného na bílkoviny je nízká. Příjem se snižuje, pokud se vytvářejí těžko rozpustné komplexy s vápníkem, hořčíkem, hliníkem a železem. Proto je příjem fluoridu z mléka, mléčné kojenecké výživy a jiných potravin s vysokým obsahem vápníku omezen na ca 25 %.

Není to však podstatné, protože ze smíšené stravy se fluorid absorbuje z 80 až 90 %. K absorpci dochází nejrychleji v horní části zažívacího traktu (v žaludku se absorbuje ca 40 % z celkového příjmu). V krevní plasmě je převážně vázán na albumin, nepatrná část je ve volné formě.

V těle dospělého je 2,5 až 4 g fluoru, z toho 99 % v kostech a zubech. Kosti jsou tedy zásobárnou, která vyrovnává rozdíly v příjmu. Ohledně doporučeného množství přijímaného fluoridu se stále vedou diskuse.

Je otázkou, zda je příjem fluoridu v kojeneckém věku limitujícím faktorem růstu kostí a zubů. Doporučení DACH uvádějí hodnoty odstupňované podle věku, a pro dospělé ženy je doporučený přívod 3,1 mg/den, pro muže 3,8 mg. Přívod pomocí fluoridované soli je 0,5 mg/den při spotřebě v domácnosti 2 g soli denně.

Nadbytek fluoru a fluoróza

Nadbytek fluoru, k němuž někdy došlo nadměrným obohacením vody při poruchách zařízení, se projevil nevolností, zvracením, bolestmi břicha, průjmem, zástavou srdce, křečemi a komatem. Také může dojít k výrazné hypokalcemii. Akutní letální dávka pro dospělé se odhaduje na 5 - 10 g fluoridu.

Dlouhodobě zvýšený přívod fluoridu vede k fluoróze kostry a zubů (nežádoucí zbarvení zubů, v krajním případě až ke zvýšené lámavosti). U dětí do 8 let dochází k fluoróze v regionech, kde je obsah fluoridu ve vodě vyšší než 1 mg/l. Dlouhodobý vysoký příjem (10 až 20 let) vede k poruše mineralizace kostí.

Nejprve se zvyšuje hustota kostí, ale později se fluoróza projeví bolestí kostí, bolestí a ztuhnutím kloubů, osteosklerózou, převápněním svalů a šlach a v horším případě i deformací kostí, ubýváním svaloviny a neurologickými symptomy.

Výroba fluoru

Výroba plynného fluoru je technicky značně obtížná a vzhledem k reaktivitě volného fluoru i poměrně riziková. Vzhledem k vysoké elektronové afinitě fluoru lze jeho výrobu uskutečnit pouze elektrolyticky.

Základem procesu je elektrolýzataveniny hydrofluoridu draselného KHF2 při 240 °C - 250 °C v elektricky vyhřívané měděnénádobě, která je zároveň katodou. Anoda je grafitová tyč obklopená diafragmou, která zabraňuje přístupu vodíku k anodě.

Dnes se výroba fluoru provádí ve dvou typech elektrolyzérů. V prvním se elektrolýza provádí při teplotě 72 °C a elektrolyzuje se dihydrofluorid draselný KH2F3 a v druhém se elektrolýza provádí při 240 °C a elektrolyzuje se hydrofluorid draselný. V obou typech se používají negrafitizovatelné kompaktní tyče z uhlíku, které tvoří anody, a oba typy mají plášť z měkké oceli, která je zároveň katodou.

Laboratorní elektrolyzéry pracují proudu při 10-50 A a průmyslové elektrolyzéry při proudu 4 000-6 000 A a napětí 8-12 V. V praxi se používají elektrolyzéry o rozměrech 3*0,8*0,6 m, které obsahují až 1 t elektrolytu.

Využití fluoru a jeho sloučenin

Elementární fluor se používá jako surovina v chemickém průmyslu. Fluor se dříve využíval k přípravě těžko dostupných fluoridů a dnes se využívá jako velmi účinné oxidační činidlo.

Kyselina fluorovodíková HF, dodávána na trh často jako 40% roztok, leptá a rozpouští sklo a uplatňuje se proto ve sklářském průmyslu (leptání a matování skla) i při chemických rozkladech odolných silikátových hornin. Reakce čistého křemíku s fluorovodíkem se využívá v polovodičovém průmyslu k řízenému odleptávání určených vrstev křemíkové matrice.

Hexafluorid uranu UF6 je poměrně snadno těkavá sloučenina a již od druhé světové války (1940) slouží při metodě difusní separace jako jeden z postupů pro oddělování izotopů uranu 235U a 238U.

Polymer, známý pod obchodním názvem teflon (chemicky polytetrafluorethylen [CF2-CF2]n), je mimořádně chemicky a tepelně odolný. Má velmi mnohostranné využití od pokrývání povrchu kuchyňského nádobí po výrobu odolných chemických aparatur pro práci s agresivními médii, nádob pro uchovávání silných kyselin a reaktivních organických sloučenin.

Freony, jsou organické sloučeniny, které vždy obsahují nejméně 2 atomy fluoru a dva další atomy jiného halogenu (nejčastěji chloru) - nejznámější je dichlordifluormethan CCl2F2. Chladírenská technika, kde nahradily dříve používaný toxický amoniak nebo oxid siřičitý.

tags: #výskyt #fluoru #v #přírodě #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Ekologie a spotřební chování v ČR
• Článek o Ochrana ovzduší
• Ekosystém stepi a jeho využití
• Co je Johanssonova Dům Odpadu?
• Franke Elite: Recenze a výběr