عنصر فلوئور F و تاریخچه کشف آن :

عنصر فلوئور  F و تاریخچه کشف آن :

فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر جدول تناوبی است و می تواند با سایر عناصر ترکیب شود.  این عنصر گازی یک ظرفیتی، هالوژن، به رنگ زرد کم رنگ و سمی  بوده و  نوع خالص آن بسیار خطرناک و در صورت تماس با پوست، سوختگیهای شیمیائی شدید ایجاد می‌کند.

 نام فلورین و فلوئور اسپار از کلمه لاتین Fluere به معنی جریان یا فلاکس می ‌باشد. در سال 1525 استفاده از فلوئور اسپار به عنوان فلاکس مطرح گردد.

 فرسمان دانشمند روسی این عنصر را همه چیز خور خوانده است و بی ‌شک تعداد بسیار کمی از اجسام، چه طبیعی و چه ساخته دست انسان، وجود دارند که بتوانند در برابر اثر فلوئور مقاومت کنند.

سرگذشت فلوئور خود حاکی از این خصوصیت آن است. به استثنای گازهای نادر، فلوئور آخرین غیرفلزی بود که به صورت آزاد تهیه شد. یکصد سال از تاریخ پیشگویی وجود چنین عنصری گذشت تا آنکه دانشمندان قادر به تولید آن به صورت گازی شدند. شیمیدانان در طی این دوره , پانزده بار دست به تهیه آن زدند ولی هر بار کوشش‌هایشان بی ‌ثمر ماند و در موارد متعددی حتی جان خود را از دست دادند.

در عین حال کانی طبیعی معروف فلوئور یعنی فلورین از زمانهای بسیار دور برای هر کلکسیونر سنگی آشنا بوده است. نام این کانی بی ‌ضرر در دست نوشته‌های مربوط به قرن شانزدهم هم ذکر شده است.

سال 1771 میلادی، یعنی سال جداسازی اسید فلوئوریدریک  توسط شیله , دانشمند سوئدی را تاریخ کشف فلوئور در نظر می ‌گیرند. خلوص اسید به دست آمده به روش شیله همچنان به عنوان یک مسئله برجای ماند تا آنکه در سال 1809 میلادی، گی‌لوساک و تنار, اسید فلوئوریدریکی نسبتاً خالص به دست آوردند.

فارادی در سال 1834 میلادی, کوشید تا معمای تهیه فلوئور آزاد را حل کند اما او حتی با الکترولیز فلوئوریدهای مذاب هم نتوانست به نتیجه‌ای برسد.

در سال 1836 میلادی برادران ناکس ایرلندی به قصد حل این مشکل به میدان آمدند. آنها در طی پنج سال آزمایشات خطرناکی انجام دادند که هیچ یک به نتیجه‌ای نرسید. این دو برادر در طول کار به شدت مسموم شدند و یکی از آنها، جان خود را از دست داد.

سرانجام لحظه‌ای فرا رسد که مواسان,  دانشمند فرانسوی ( Henri Moissan), سرنوشت فلوئور را در دستهای خود گرفت. او ابتدا خطاهای پیشینیان خود را تحلیل کرد و در روز 26 ژوئن 1886 میلادی , اولین آزمایش موفقت آمیز خود را که ضمن آن در اثر واکنش فلوئور با سیلسیم شعله‌ای مشاهده کرد, انجام داد. پس از آن گزارشی به آکادمی علوم پاریس فرستاد و در آن نظرات مختلفی که در مورد ماهیت این کار امکان داشت مطرح شود, درج کرد. به این ترتیب پس از انجام موفقیت‌آمیز آزمایش در حضور اعضای اکادمی پاریس همگی گواهی بر موفقیت او دادند و سال 1886 میلادی , سالی تاریخی در بیوگرافی فلوئور شد. (تصویر)

کانی (ماده معدنی)  فلورین :

کانی (ماده معدنی)  فلورین :

کانی فلورین یا فلوئوریت به فرمول شیمیایی CAF2 مهمترین کانی فلوئور در طبیعت میباشد که می توان فلوئور را از آن بدست آورد.

این کانی به رنگ های زرد ، سبز ، صورتی, آبی ، بنفش ، بی رنگ و گاهی سیاه بوده و در سیستم کوبیک ( مکعبی ) متبلور می شود. به صورت نیمه شفاف بوده و دارای جلای شیشیه ای است .  وزن مخصوص این کانی 18/3 و سختی آن 4 می باشد. معمولاً فضای خالی بین سایر کانی ها را پر می کند و در طبیعت بیشتر به صورت  رگه ای مشاهده شده و همراه با کانی هایی کلسیت - کوارتز - باریت- سلستین و سولفید های گوناگون همراه است . فلوئوریت در صورت خالص بودن 7/48 % فلوئور و 3/51 % کلسیم دارد . در تصاویر زیر سیستم مکعبی و جلای شیشه ای فلوئوریت , قابل تشخیص است.

نحوه تشکیل , ذخایر و تولید :

فلوئوریت در محدوده وسیعی از شرایط زمین شناسی تشکیل و مشاهده می شود . کانسارهای فلوئوریت می توانند دارای منشاء رسوبی - کربناته باشند یا به صورت  رگه ای معمولا ً مرتبط با سنگهای آذرین خروجی اسیدی تا حد واسط همراه باشند. (تصویر)

از نظر میزان ذخایر فلوئوریت , بر اساس گزارش سال  1998 میلادی,  سازمان زمین شناسی و معدن آمریکا, کشور مکزیک با 32 میلیون تن در رتبه اول و کشورهای آفریقای جنوبی و چین به ترتیب با 30 و 23 میلیون تن در مقام دوم و سوم را دارند بعد از کشورهای فوق فرانسه با 10 میلیون تن  و اسپانیا با 6 میلیون تن  قرار می ‌گیرند.

براساس اطلاعات وزارت صنایع و معادن , در سال 2001 میلادی ( 1380 شمسی)  جمعا بیش از 1/3 میلیون تن ذخیره احتمالی و بالغ بر  5/1 میلیون تن ذخیره قطعی فلورین در ایران وجود داشته است.

معادن کمر مهدی  ( 165 کیلومتری جنوبغربی طبس ), پاچی میانا  ( 88 کیلومتری جنوب قائم شهر) , پیناوند ( 70 کیلومتری شماشرق اصفهان) ,  جویمند  (  21 کیلومتری شمالغربی گناباد ), آتشکوه (20 کیلومتری جنوب شرق دلیجان), کیاسر (جنوب شرقی کیاسر و 10 کیلومتری ده آرا)  به عنوان معادن قدیمی و فعال فلورین در ایران به حساب می آیند. ( تصویر زیر رگه فلورین را در میان سنگهای آذرین , واقع یکی از کانسارهای فلورین ایران نشان می دهد )

تولید جهانی فلوئوریت در سال 2003 به شرح زیر است:

ایران با تولید 47 هزار تن فلورین در سال 2003 , رده یازدهم تولید فلورین در جهان را داراست.

1- جمهوری خلق چین                 2450میلیون تن

2- مکزیک                                 635 هزار تن

3- آفریقای جنوبی                       285 هزار تن

4- مغولستان                             200 هزار تن

5- روسیه                                190 هزار تن

6- اسپانیا                                 130 هزار تن

7- کنیا                                     110هزار تن

8- فرانسه                                 108هزار تن

9- نامبیا                                   83 هزارتن

10- مراکش                              75 هزار تن

11- ایران                                  47 هزار تن

12- ایتالیا                                 45 هزارتن

کاربرد کانی فلوئوریت ( فلورین )  :

کابردهای فلوئوریت را می توان به چهار گروه کاربرد عمده مشخص نمود :

فلوئوریت های متالورژی: که در صنایع متالورژی و عمدتا ً در صنعت فولاد و همچنین در تولید آلومینیوم برای تولید کریولیت مصنوعی بکار گرفته می شود.

فلوئوریت سرامیکی : کاربرد این نوع فلوئوریت ها شامل بکارگیری در تولید لعاب و در صنایع شیشه می باشد.

فلوئوریت اسیدی: برای تولید اسید فلوئوریدریک کاربرد دارد. این نوع فلوئوریت باید از خلوص بالایی برخوردار باشد و معمولا ًدر آن عیار CAF2 بالای 97% باشد.

فلوئوریت تزئینی : به علت زیبایی طبیعی کانی فلوئوریت , آن را به صورت خام و یا تراش خورده و در رنگهای مختلف, به عنوان سنگ گرانبها و تزئینی مورد استفاده قرار می دهند که معمولا دارای قیمتی بالاست . در تصویر زیر نمونه ای از فلورین تزئینی به قیمت 1350 دلار!! را می بینید…

 

اثرات بیولوژیکی و زیست محیطی فولوئوریت (فلورین) :

انسان به طور معمول روزانه به میزان 3/0 تا 5 میلی گرم در لیتر فلورین دریافت می نماید که  تا حدود 3 میلی گرم ممکن است توسط غذاهای مختلف تأمین شود. اما این میزان با توجه به رژیم غذایی و شیمی خاک محلی که محصولات بر روی آن می رویند، می تواند متغیر باشد.

فلورین در جلوگیری از پوسیدگی دندان و کاهش بیماریهای دهان و دندان موثر بوده و باعث استحکام دندانها و نیز استخوانها می شود. دندان ها و استخوان ها از ترکیب کانی های فسفات کلسیم , نظیر آپاتیت تشکیل شده اند. ورود و دخالت فلورین در داخل بلورهای ساختمانی تشکیل دهنده آپاتیت ، باعث کاهش حلالیت و افزایش سختی آن می شود و بالطبع افزایش مقاومت در برابر پوسیدگی دندان ها و پوکی استخوان را به دنبال دارد. به همین علت در تهیه خمیردندان و نیز دهانشویه بکار می رود .

با این همه استفاده بیش از حد فلورین نیز اثرات سوء جانبی به دنبال خواهد داشت. در مناطقی که آب های طبیعی به طور معمولی دارای میزان بالایی از فلورین هستند و در نتیجه میزان دریافت آن به دو تا هشت برابر میزان طبیعی افزایش می یابد، لکه های سیاه و تیره رنگی روی دندان ها دیده می شود. در این حال ، دندان ها مقاومت بیشتری نسبت به پوسیدگی نشان می دهند هر چند که این لکه ها تنها سبب عدم زیبایی دندان ها می شوند، اما موضوع مهم تر در دریافت میزان های بسیار بالای فلورین است (بیست تا چهل برابر طبیعی) که موجب توسعه غیر طبیعی و سختی استخوان ها (Bone Selerosis) و کلسیتی شدن لیگامنت ها (بیماری فلوروزیس) می شود. ( این اثر را خودم در منطقه ای که جهت اکتشاف فلورین کار می کردیم , دیده ام …. بر روی دندانهای تمام اهالی یک روستای 2000 نفری لکه های تیره مشاهده می شد و جالب اینکه هیچکدام از آنها تا به حال گذرش به دنداپزشکی نیفتاده بود … علت هم استفاده از آب قناتی بود که بعدها متوجه شدیم این آب از مرکز رگه فلورینی به ضخامت 4-5 متر می گذرد و در نتیجه حاوی مقادیر بالایی از فلورین است… نکته جالب نر دیگر اینکه بسیاری از جوانهای آن روستا, به ورزشهای رزمی روی آورده بودند و حتی چند نفری هم دارای مقام کشوری در رشته هایی مثل کونگ فو شده بودند !! )
در صنایعی که به فلورین نیاز دارند و فرایندهای دمای بالا در حال عملکرد هستند ، فلورین به صورت اسید فلوریدریک یا ترکیبات مشابه آن به محیط رها می شود که برای گیاهان ، جانوران و انسان بسیار سمی هستند. بسیاری از دانشمندان به همین علت جان خود را از دست داده اند.

CFC ها (هیدروکلروفلوئورو کربن‌ها) باعث تخریب لایه اوزون می‌شوند لذا در کنوانسیون سازمان ملل که در سال 1997 در کیوتو به منظور بررسی تغییرات آب ‌و ‌هوایی برگزار شد, هیدروفلوئورکربن‌ها، پرفلوئورکربن‌ها و هگزا فلوئوریدگوگرد, به دی ‌اکسیدکربن، متان و اکسید نیتروژن به عنوان گازهای گلخانه‌ای افزوده شدند که میی بایست تحت کنترل قرار گیرند. 

مرجع