F/Fluor

Toepassingen

Tandpasta

Fluoride helpt tandbederf tegen te gaan. Tanden bestaan vooral uit hydroxyapatiet, dat gevoelig is voor cariës. Fluoride-ionen zetten het gedeeltelijk om in het zuurbestendige harde fluorapatiet:

${\mathrm{Ca}}_5\mathrm{OH}{\left({\mathrm{PO}}_4\right)}_3 + {\mathrm{F}}^{–} \to {\mathrm{Ca}}_5\mathrm{F}{\left({\mathrm{PO}}_4\right)}_3 + {\mathrm{OH}}^{–}$

De fluoridehoudende tandpasta’s kunnen daarnaast met het calcium uit het tandbeen calciumfluoride vormen, dat minuscule kanaaltjes in de tanden afsluit. De tanden worden zo minder gevoelig voor koude en zuur.

Fluor zit in tandpasta in de vorm van tinfluoride (SnF₂) en natriumfluorfosfaat (Na₂PO₃F). Tandversterking met fluoride kan ook door ‘fluorapplicatie’ bij de tandarts of via de inname van fluortabletjes, die natriumfluoride (NaF) bevatten.

Bij het voorkomen van tandbederf speelt waarschijnlijk ook een rol dat fluor al bij een zeer lage concentratie (ongeveer 6 ppm, een honderdste van een honderdste van een procent) ongewenste bacteriën kan bestrijden.

Anti-aanbaklaag

De anti-aanbaklaag in braad- en koekenpannen bestaat uit polytetrafluoretheen (PTFE), beter bekend onder de merknaam Teflon^®.

Deze kunststof ontstaat door polymerisatie van het monomeer tetrafluoretheen, (CF₂= CF₂) :

$\mathrm{n} {\mathrm{CF}}_2 = {\mathrm{CF}}_2 \to {[–{\mathrm{CF}}_2 – {\mathrm{CF}}_2 –]}_{\mathrm{n}}$

Het polymeer is zeer hard, inert en bestand tegen hoge temperaturen. Andere stoffen hechten nauwelijks aan PTFE. Naast koekenpannen vind je het ook in ruimtevaartpakken, beschermende overalls voor racewagenbestuurders en als bekleding van de wanden van chemische reactoren.

Blusmiddel

Fluorkoolstofverbindingen zorgen voor een flinke verlaging van de oppervlaktespanning van water en je vindt ze daarom in blusschuim voor de bestrijding van bijvoorbeeld vliegtuigbranden. Ze helpen een dikke schuimlaag te vormen die zich over de brandende kerosine kan verspreiden. De algemene chemische formule van fluorkoolstoffen is C_nF_2n+2. Ze vervangen de halonen (gehalogeneerde koolwaterstoffen, met name chloorfluorkoolwaterstoffen cfk’s) die schadelijk zijn voor de ozonlaag.

Verrijking van uranium

Natuurlijk uranium bevat slechts 0,7% van het isotoop ²³⁵U, dat cruciaal is voor de energieopwekking in kernreactoren. Fluor speelt een belangrijke rol in de technologie om het uranium te verrijken, dat wil zeggen het aandeel ²³⁵U te vergroten.

De scheiding van uraniumisotopen is bijzonder lastig. Ze zijn chemisch gezien hetzelfde en onderscheiden zich alleen door een minimaal verschil in massa. Het scheelt maar een paar neutronen op een atoomgewicht van 238; ongeveer een procent.

De aanpak om uraniumisotopen van elkaar op basis van massa te scheiden begint met het in de gasfase brengen van uranium. Het uraniumerts wordt daarvoor omgezet in het gasvormige uraniumhexafluoride (UF₆, ook wel hexafluoruranium genoemd).

De reden om juist voor fluor te kiezen is dat dit element slechts als één natuurlijk isotoop voorkomt. Via ultracentrifugeren van het gas is het iets zwaardere ²³⁸UF₆ te verwijderen, zodat het gas langzaam maar zeker rijker wordt aan ²³⁵UF₆. Een aandeel van twee tot drie procent ²³⁵U is voldoende voor kernenergie. Voor een kernwapen moet de concentratie U-235 boven de 90 procent komen; het zogenaamde ‘weapons grade uranium’.

De omzetting van het uraniumerts (uraniumoxide) verloopt in twee stappen. Eerst wordt het met waterstoffluoride omgezet in uraantetrafluoride. In de volgende stap ontstaat via oxidatie met elementair fluor het gewenste uraanhexafluoride:

${\mathrm{UO}}_2 + 4 \mathrm{HF} \to {\mathrm{UF}}_4 + 2 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

.

${\mathrm{UF}}_4 + {\mathrm{F}}_2 \to {\mathrm{UF}}_6$

.

Na de verrijking is het uraanhexafluoride met waterstofchloride of jood te reduceren tot uraantetrafluoride, dat vervolgens met magnesium of calcium zuiver uranium oplevert.