9. Fluor (F) - Das reaktive Phantom

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen kennst du schon unsere anderen Podcastreihen wie Wissensreise durch die Geschichte. Oder durch die Natur Fluor. Das reaktive Phantom. Es gibt Elemente, die uns vertraut sind, die wir täglich sehen und anfassen. Und dann gibt es Flor, das neunte Element des Periodensystems, so reaktiv und gefährlich, dass es in der Natur niemals in reiner Form vorkommt.

0:40 Heute nehme ich dich mit auf eine Reise zu einem Element, das Chemiker über ein Jahrhundert lang verzweifeln ließ, das Zähne stärkt und Pfannen beschichtet, das Leben ermöglicht und zugleich bedroht. Lass uns gemeinsam in die faszinierende Welt des Reaktivsten aller Elemente eintauchen, zu einem blassgelben Gas, das so aggressiv ist, dass es fast alles angreift, was ihm begegnet.

1:10 Dies ist die Geschichte von Fluor, dem Phantom der Chemie. Fluor trägt im Periodensystem das Symbol F. Und die Ordnungszahl 9, das bedeutet, jedes Fluoratom besitzt 9 Protonen, im Kern mit einer Atommasse von etwa 18,998. Atomaren Masseneinheiten ist Fluor das leichteste Element der Halogengruppe jener reaktiven Familie in der 17 Hauptgruppe, zu der auch Chlor, Brom, Jod und das radioaktive Astat gehören.

1:47 Der Name Fluor stammt vom lateinischen Wort flyre, was fließen bedeutet. Dieser Name bezieht sich nicht auf das Element selbst, sondern auf das Mineral. Flussspat, chemisch calciumfluid, oder CAF 2, das seit dem Mittelalter als Flussmittel in der Metallurgie verwendet wurde. Flussmittel senken den Schmelzpunkt von Erzen und lassen die Schlacke besser abfließen. Die Geschichte der Fluorisolierung ist eine der dramatischsten in der gesamten Chemie. Eine Geschichte voller gescheiterter Versuche, Verletzungen und sogar Todesfälle. Schon im frühen 19 Jahrhundert vermuteten Chemiker die Existenz eines unbekannten Elements in Flussspat und Flusssäure, aber niemand konnte es isolieren, andré Marie Empair schlug 1810 vor.

2:45 Dass Flusssäure eine Verbindung eines unbekannten Elements analog zu Chlorwasserstoffsäure sein müsse. Doch Flusssäure HF ist außerordentlich gefährlich. Sie ätzt Glas, greift die Haut an und dringt tief in Gewebe ein, wo sie Calciumfluorid bildet und damit dem Körper lebenswichtiges Calcium entzieht.

3:09 Schon kleine Mengen können tödlich sein. Chemiker wie Humfrey Davy, einer der brillantesten Experimentatoren seiner. Zeit. Versuchten, Fluor durch Elektrolyse zu isolieren, ähnlich wie er es erfolgreich bei Natrium und Kalium getan hatte. Davy erlitt bei diesen Versuchen. Schwere. Vergiftungen und musste seine Experimente aufgeben.

3:32 Die beiden irischen Chemiker Thomas und George Knox starben an den Folgen ihrer Fluor. Experimente. Der französische Chemiker Ed Montfremie versuchte es jahrzehntelang vergeblich. Der belgische Chemiker Pauline Louet starb 1850 im Alter von nur 28 Jahren an den Folgen seiner Fluor Forschungen, Fluor erhielt den.

3:58 Düsteren Spitznamen. Das. Gas des Teufels. Erst Henri Moisson gelang 1886 die erste Isolierung von elementarem Flor Moisson, ein französischer Chemiker mit außergewöhnlicher Beharrlichkeit, arbeitete bei extrem niedrigen Temperaturen mit einer speziellen Apparatur aus Platin und flussspat Materialien, die Fluor zumindest kurzzeitig widerstehen können.

4:27 Er elektrolysierte eine Lösung von Kaliumfluorid in Wasserfreier Flusssäure bei -50 Grad Celsius am 26. Juni 1886 präsentierte Moisan der Französischen Akademie der Wissenschaften ein Blassgelbes giftiges Gas, das in einem Platinbehälter eingeschlossen war. Elementares Fluor für diese Leistung erhielt er 1906 den Nobelpreis für Chemie. Ironischerweise erlitt auch Moisan gesundheitliche Schäden durch seine Fluorarbeit und starb 1907 im Alter von nur 54 Jahren.

5:06 Warum ist Fluor so außerordentlich reaktiv? Die Antwort liegt in seiner Elektronenkonfiguration Fluor besitzt 9 Elektronen, verteilt auf 2 Schalen, 2 in der inneren k Schale und 7 in der äußeren L Schale. Es fehlt nur ein einziges Elektron zur vollständigen Edelgaskonfiguration von Neon. Diese starke Tendenz, ein Elektron aufzunehmen, macht Fluor zum Elektron.

5:37 Negativsten aller Elemente Elektron Negativität definiert auf der Pauling Skala, misst die Fähigkeit eines Atoms, Elektronen in einer chemischen Bindung an sich zu ziehen. Fluor hat den höchstmöglichen Wert von 4,0. Zum Vergleich Sauerstoff Das zweit elektronegativste Element liegt bei 3,44. Diese extreme Elektronegativität bedeutet, dass Fluor Elektronen von praktisch jedem anderen Element entreißen kann. Elementares Fluor F 2 ist ein blassgelbes Gas mit einem stechenden, ätzenden Geruch, es ist hochgiftig und extrem korrosiv.

6:23 Bei Raumtemperatur reagiert Fluor spontan und oft explosiv mit den meisten Elementen und Verbindungen. Metalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium entzünden sich in Fluorgas selbst. Wasser reagiert heftig unter Bildung von Flusssäure und Sauerstoff. Besonders bemerkenswert ist, dass Fluor sogar mit Edelgasen reagieren kann, etwas, das lange für unmöglich gehalten wurde.

6:52 1962 gelang es Neil Bartlett, die erste Edelgasverbindung herzustellen. Xenon Hexafloroplatinat später wurden weitere Xenon und Kryptonfluoride synthetisiert. Diese Entdeckungen revolutionierten unser Verständnis der chemischen Bindung trotz seiner extremen Reaktivität in elementarer Form bildet Fluor sehr stabile Verbindungen. Die Fluor Kohlenstoffbindung gehört zu den stärksten chemischen Bindungen überhaupt.

7:26 Mit einer Bindungsenergie von etwa 485 Kilojoule pro mol. Diese Stabilität ist der Schlüssel zu vielen technologischen Anwendungen, die bekannteste Fluor Kohlenstoffverbindung ist Polytetrafluorethylen, besser bekannt unter dem Markennamen Teflon. Diese Substanz wurde 1938 zufällig von Roy Planket bei Dupont entdeckt. Planket arbeitete an neuen Kältemitteln und lagerte Tetrafloretylengas in Druckflaschen, als er eine Flasche öffnete, kam kein Gas heraus, stattdessen fand er ein weißes, wachsartiges Pulver, das Gas hatte sich spontan polymerisiert.

8:12 Teflon hat außergewöhnliche Eigenschaften. Es ist chemisch nahezu inert, wird von keiner Säure oder Base angegriffen, hat einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten und ist wasserabweisend. Diese Eigenschaften machen es ideal für Antihaftbeschichtungen von Kochgeschirr, für Dichtungen in der Chemieindustrie und für unzählige andere Anwendungen.

8:36 Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz FCKW, waren eine andere wichtige Klasse von Fluorverbindungen. Sie wurden ab den 1930er Jahren als Kältemittel, Treibgase für Sprays und Schaumbildner verwendet. F ck WS waren nicht brennbar, ungiftig und chemisch stabil. Scheinbar perfekte Industriechemikalien, doch in den 1970er Jahren entdeckten die Chemiker Mario Molina und F.

9:07 Sherwood Rowland das FC Kivv. In der Stratosphäre durch uphi Strahlung zersetzt werden und dabei Chlorradikale freisetzen, die Ozon Katalytisch abbauen. Ein einziges Chloratom kann 10 Tausende Ozonmoleküle zerstören, bevor es aus der Stratosphäre entfernt wird die Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis bestätigte diese Theorie dramatisch.

9:36 Das Montrealprotokoll von 1987 verbot die Produktion von FCKW, eine der erfolgreichsten internationalen Umweltvereinbarungen. Molina und Rowland erhielten 1995 zusammen mit Paul Kruzen den Nobelpreis für Chemie für ihre Arbeit. Die Ozonschicht erholt sich langsam, wird aber erst um 2070 wieder das Niveau von 1980 erreichen. Heute werden hydrofluorierte Kohlenwasserstoffe Hfcs als Ersatz für FCKW verwendet, sie bauen kein Ozon ab, sind aber starke Treibhausgase das Kigerli am Endment. Zum Montrealprotokoll von 2016 zielt darauf ab, auch die Produktion von HF CS schrittweise zu reduzieren, eine der wichtigsten medizinischen Anwendungen von Fluor ist in der Zahngesundheit Fluoridionen F

10:40 stärken den Zahnschmelz, indem sie in die Kristallstruktur des Hydroxylapatits eingebaut werden und Fluorapatit bilden. Fluorapatit ist resistenter gegen Säureangriffe durch Bakterien im Mund und reduziert damit Karies signifikant. Die Fluoridierung von Trinkwasser erstmals 1945 in Grand Rapids, Michigan, eingeführt, gilt als eine der 10 wichtigsten Errungenschaften der öffentlichen Gesundheit im 20.

11:11 Jahrhundert. Typische Konzentrationen liegen bei etwa 0,7 bis 1,2 Milligramm pro Liter. Bei diesen Dosen ist Fluorid sicher und wirksam. Zu hohe Konzentrationen können allerdings zu Dentalfluorose führen, einer kosmetischen Verfärbung der Zähne in der pharmazeutischen Industrie spielen Fluorverbindungen eine bedeutende Rolle. Etwa 20% aller modernen Medikamente enthalten Fluor. Der Einbau von Fluoratomen in Wirkstoffmoleküle kann deren Stabilität erhöhen, ihre Fettlöslichkeit verbessern und ihre Wechselwirkung mit biologischen Zielen optimieren. Antibiotika wie Ziprofloxacin, Cholesterinsenker wie Atorvastatin und viele Psychopharmaka enthalten Fluor. Fluor spielt auch eine wichtige

12:10 Rolle in der Nuklearindustrie. Uranhexafluorid uf 6 ist die Verbindung, die zur Anreicherung von Uran 235 verwendet wird. Uf 6 ist bei mäßig erhöhten Temperaturen gasförmig, was die Trennung der Isotope durch Gaszentrifugen oder Gasdiffusion ermöglicht. Die leicht unterschiedlichen Massen von 235 uf 6 und 238 uf 6 erlauben eine schrittweise Anreicherung in. Der Natur kommt Fluor niemals elementar vor. Sondern immer.

12:50 Gebunden in Mineralien das häufigste Fluor Mineral ist Flussspat. Oder Fluorid. Caf 2, ein farbenfrohes Mineral, das in violett und. Blau, grün, gelb. Oder? Farblos vorkommen kann. Die Farben entstehen durch Verunreinigungen und Kristalldefekte Fluorid ist mit einer Härte von 4 auf der Moos Skala relativ weich und hat perfekte Octaedrische Spaltbarkeit andere wichtige Fluor Mineralien sind Fluorapatit ca 5 Po 43 f das in Knochen und Zähnen vorkommt. Und Kryolith na 3 LF 6, der früher in großen Mengen in Grönland abgebaut wurde und als Flussmittel in der Aluminiumproduktion dient.

13:42 Heute wird Kryolith größtenteils synthetisch hergestellt. Die weltweite Produktion von Flussspat liegt bei etwa 7000000 Tonnen jährlich. Die größten Produzenten sind China, Mexiko und die Mongolei. Etwa 60% werden in der Stahlindustrie als Flussmittel verwendet, der Rest in der chemischen Industrie zur Herstellung von Flusssäure und Fluorverbindungen. Elementares Fluor wird heute in größeren Mengen produziert als zu mäuserns Zeiten, hauptsächlich durch Elektrolyse von geschmolzenem Kaliumfluoridflusssäuregemisch. Die Produktion ist technisch anspruchsvoll und gefährlich. Spezielle Elektrolysezellen aus Stahl oder Monell, einer Nickel Kupfer Legierung sind erforderlich, da die meisten Materialien von Fluor

14:39 angegriffen werden. Die Verwendung von Fluor in der organischen Synthese hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen, selektive Fluorierung kann die Eigenschaften organischer Moleküle dramatisch verändern. Die CF Bindung ist so stark und das Fluoratom so klein, dass es oft Wasserstoff ersetzen kann, ohne die Grundstruktur eines Moleküls wesentlich zu verändern, aber mit erheblichen Auswirkungen auf Reaktivität und biologische Aktivität.

15:13 Positronen Emissionstomographie, kurz PET, eine wichtige medizinische Bildgebungstechnik, nutzt das radioaktive Fluor Isotop F 18. Fluor Desoxyglucose, kurz Fdg, ein Glucose Analogon, das mit F 18 markiert ist, wird in den Körper injiziert. Krebszellen, die einen hohen Glucosestoffwechsel haben, nehmen Fdg bevorzugt auf, die beim Zerfall von F. 18 entstehenden Positronen erzeugen Gammastrahlen, die detektiert werden können und dreidimensionale Bilder metabolischer Aktivität liefern.

15:56 F 18 hat eine Halbwertszeit von nur 110 Minuten, was bedeutet, dass es in einem nahegelegenen Zyklotron produziert und schnell verwendet werden muss. Diese kurze Halbwertszeit ist vorteilhaft, da die Radioaktivität im Patienten rasch abklingt, aber sie erfordert eine aufwändige Logistik in der Materialwissenschaft haben fluorierte Polymere besondere Bedeutung, die.

16:25 Neben Teflon gibt es Navion, ein sulfoniertes, Tetrafluorethylen Copolymer, das als Protonenaustauschmembran in Brennstoffzellen verwendet wird. Fluorelastomere wie Viton sind beständig gegen Chemikalien, Hitze und Öl und werden in Dichtungen, Schläuchen und Ohrringen verwendet. Fluorierte Gase finden Anwendung in der Halbleiterindustrie als Etzgase für die Strukturierung von siliciumwafern Schwefel hexafluorid SF 6 wird als Isoliergas in Hochspannungsschaltanlagen verwendet, allerdings ist SF 6 ein extrem starkes Treibhausgas mit einem global Warming Potential, das 23500 mal höher ist als CO 2.

17:18 Über 100 Jahre Lecks müssen vermieden und das Gas am Ende der Lebensdauer zurückgewonnen werden. Fluor hat auch eine dunkle Seite in der Geschichte der Kampfstoffe während des Zweiten Weltkriegs und im Kalten Krieg wurden Fluorhaltige Nervengase wie Sarin und Soman entwickelt. Diese organophosphor Verbindungen mit Fluor hemmen das Enzym Acetylcholinesterase und führen zu unkontrollierter Nervenstimulation. Sie gehören zu den giftigsten je synthetisierten Substanzen. Die Chemiewaffenkonvention verbietet ihre Produktion und Verwendung perfluorierte Verbindungen P. Fas.

18:07 Sind eine Gruppe synthetischer Chemikalien, die seit den 1940er Jahren in unzähligen Produkten verwendet werden. Wasserabweisende Beschichtungen, Feuerlöschschäume Lebensmittelverpackungen, Antihaftbeschichtungen, die extrem starken CF Bindungen machen diese Verbindungen in der Umwelt praktisch unzerstörbar. Sie werden als Forever Chemicals bezeichnet. P.

18:35 Fas. Reichern sich in Organismen an, sind in Trinkwasser, Böden und sogar im Blut der meisten Menschen nachweisbar. Einige FAS werden mit Gesundheitsproblemen wie Krebs, Leberschäden und Entwicklungsstörungen in Verbindung gebracht, die Regulierung und Beseitigung dieser Substanzen ist eine der großen Umweltherausforderungen unserer Zeit.

19:01 Die Fluorchemie ist ein zweischneidiges Schwert. Sie hat uns wertvolle Materialien und Medikamente gegeben, aber auch Umweltprobleme geschaffen. Die starke CF Bindung, die Fluorverbindungen so nützlich macht, ist genau der Grund, warum sie in der Umwelt persistieren. Im menschlichen Körper ist Fluor in geringen Mengen vorhanden, hauptsächlich in Knochen und Zähnen als Fluorapatit. Die Gesamtmenge beträgt nur etwa 2,6 Gramm bei einem erwachsenen Menschen.

19:40 Fluor ist kein essentielles Element im strengen Sinne, aber Fluorid in geringen Dosen ist vorteilhaft für die Zahngesundheit. Die Toxizität von Fluor und seinen Verbindungen variiert erheblich. Elementares Fluor ist hochgiftig und ätzend Flusssäure ist extrem gefährlich und erfordert spezielle Notfallbehandlung bei Exposition, Fluoridsalze in moderaten Dosen sind sicher und nützlich, aber hohe Dosen können zu akuter Vergiftung führen.

20:13 Die letale Dosis von Natriumfluorid liegt bei etwa 5 bis 10 Gramm. Für einen Erwachsenen. Chronische Exposition gegenüber hohen Fluoridkonzentrationen kann zu Skelettfluorose führen, einer Erkrankung, bei der Fluorid in die Knochen eingelagert wird und sie brüchig macht. Dies ist in einigen Regionen der Welt ein Problem, wo natürliche Fluoridkonzentrationen im Trinkwasser sehr hoch sind. Zum Beispiel in Teilen Indiens und Chinas. Die Zukunft der Fluorchemie liegt in nachhaltigeren Ansätzen Forscher arbeiten an biologisch abbaubaren Fluorverbindungen, an effizienteren Fluorierungsmethoden und an Strategien zur Zerstörung Persistenter Pfas, Elektrochemische und photokatalytische Verfahren zeigen Potenzial.

21:07 Die starken CF Bindungen zu brechen und Pfas zu mineralisieren die. Während wir durch die faszinierende und manchmal beunruhigende Welt des Fluors gereist sind, von seiner mühsamen Isolierung über seine vielfältigen Anwendungen bis zu seinen Umweltauswirkungen, wird deutlich, wie komplex unsere Beziehung zu diesem Element ist.

21:30 Fluor zeigt uns die Macht der Chemie. Die Fähigkeit, Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften zu schaffen, Medikamente zu entwickeln, die Leben retten und Technologien zu ermöglichen, die unseren Alltag erleichtern. Gleichzeitig lehrt es uns Demut und Vorsicht, die Persistenten Fluorverbindungen in unserer Umwelt sind eine Mahnung, dass wir die langfristigen Folgen unseres Handelns bedenken müssen. Die Geschichte der FCKW.

22:03 Und der Ozonschicht zeigt, dass wir in der Lage sind, globale Umweltprobleme anzugehen, wenn wir die Wissenschaft ernst nehmen und gemeinsam handeln. Das Montrealprotokoll ist ein Hoffnungsschimmer, dass internationale Zusammenarbeit funktionieren kann, doch die Herausforderung der pfas Kontamination erinnert uns daran, dass wir wachsam bleiben müssen. Jede neue chemische Verbindung, die wir in die Welt setzen, sollte sorgfältig auf ihre Umweltauswirkungen geprüft werden.

22:39 Die Erde ist unser einziges Zuhause und ihre Ökosysteme sind empfindlicher, als wir oft annehmen mögen diese Erkenntnisse uns inspirieren, verantwortungsvoll mit der Chemie umzugehen. Fluor ist ein mächtiges Werkzeug, aber wie alle Werkzeuge muss es Weise eingesetzt werden. Unsere Aufgabe ist es, die Vorteile zu nutzen, während wir gleichzeitig die Umwelt schützen, die uns trägt und nährt.

23:11 Lass diese Gedanken sanft verklingen. Fluor, das reaktive Phantom, bleibt verborgen in seinen Verbindungen, unsichtbar und doch allgegenwärtig. Mögen wir seine Kraft respektieren und unsere Verantwortung für die Erde niemals vergessen.