היסוד הידידותי ביותר

אי שם בראש משפחת ההלוגנים בטבלה המחזורית, למעלה מימין, נמצא היסוד פלואור (F). המיקום הזה חשוב, כי בזכותו הפלואור שואף מאוד לקבל אלקטרון אחד נוסף מיסודות אחרים. אומנם התכונה הזאת, שנקראת אלקטרושליליות, משותפת לכל ההלוגנים, אך היא חזקה במיוחד אצלו. למעשה, הפלואור הוא האטום בעל הרצון הרב ביותר לקחת אלקטרונים מיסודות אחרים.

למרות היותו יסוד קל, התשיעי בלבד בטבלה, הפלואור נדיר יחסית, במיוחד ביחס לשכניו הנפוצים פחמן, חנקן וחמצן. הסיבה לכך היא שהתגובות הגרעיניות הנפוצות בכוכבים שמייצרות יסודות כבדים מיסודות קלים יותר מייצרים מעט פלואור יחסית ליסודות הקלים או הכבדים ממנו בקצת. גם הפלואור שכבר נוצר עובר תהליכים שהופכים אותו ליסודות אחרים אם לא ייפלט מליבת הכוכב שבה מתרחשות התגובות הגרעיניות.

הפלואור הוא אל-מתכת, כלומר יסוד שאינו מתכתי, ובתנאים רגילים של לחץ וטמפרטורה הוא מופיע כגז צהבהב של מולקולות פלואור דו-אטומיות (F₂). עם זאת, הוא אינו מופיע כמעט אף פעם בצורה הזאת, שכן בתור היסוד הפעיל ביותר בטבלה המחזורית הוא מגיב כמעט עם כל יסוד אחר – עם רובם מיידית בתנאי החדר, ועם חלקם - כמו זהב ומתכות אצילות אחרות - הוא מגיב רק בטמפרטורות גבוהות יותר. לכן קשה מאוד לאחסן אותו בתור גז טהור, והוא מופיע בטבע רק בתרכובות עם יסודות אחרים.

הקשרים החזקים יוצרים ציפוי יציב מאוד ודוחה מים. כלי בישול בציפוי טפלון | צילום: Shutterstock

קשרים חזקים

פלואור יוצר מגוון רב של תרכובות. בשל תכונותיו הכימיות הוא נוטה ליצור קשרים חזקים מאוד עם יסודות אחרים, ולכן תרכובות שמכילות פלואור נוטות להיות יציבות למדי. יש לכך יתרונות לא מעטים: כשלוקחים פחמימנים – כלומר מולקולות שרשראות של אטומי פחמן שאליהם קשורים אטומי מימן בלבד - ומחליפים אטומי מימן באטומי פלואור, מקבלים חומרים דוחי מים שיכולים למשל לשמש לציפוי משטחים כדי שלא יירטבו. 

דוגמה לחומר כזה היא טפלון, חומר יציב מאוד שבו כל אטומי המימן הוחלפו בפלואור. השינוי הזה מעניק לטפלון את תכונותיו השימושיות, בהן חיכוך נמוך ודחיית מים – הידרופוביה, ובזכותן הוא משמש למשל לציפוי סירים ומחבתות. טפלון הוא גם חומר אדיש מאוד מבחינה כימית, ומעטים החומרים המגיבים איתו – לכן הוא עמיד מאוד.

החיסרון של חומרים כאלה הוא שהם מזהמים את הסביבה ומתכלים לאט מאוד בטבע. הסיבה לכך היא שאף על פי שאפשר להפיק אנרגיה מהפירוק שלהם, אין מיקרואורגניזמים ידועים שמפרקים אותם, מאחר שהם סינתטיים לגמרי ואינם דומים לחומרים הנוצרים באופן טבעי.

הפלואור פעיל (ריאקטיבי) עד כדי כך שהוא מסוגל להגיב אפילו עם גזים אצילים, שאינם נוטים ליצור תרכובות עם שום יסוד בתנאים רגילים. למשל תרכובות של פלואור וקסנון הן מולקולות יציבות שאינן מתפרקות מעצמן, אף על פי שגם הן פעילות מאוד. אפשר לקבל אותן למשל כשיוצרים תגובה בין פלואור לקסנון בהשפעת אור שמש או אור על-סגול.

מה קורה כשפלואור מגיב עם חומר ריאקטיבי אחר? סרטון של המכון המלכותי הבריטי (באנגלית):

יעיל אך רעיל

לגז פלואור נקי יש שימושים מעטים יחסית. התגובות שלו יכולות לשחרר אנרגיה רבה, כך שאפשר להלכה להשתמש בו כדלק טילים. בפועל בגלל היותו פעיל מאוד ורעיל מאוד, השימוש הזה מסוכן מדי.

פלואור גזי שימש לראשונה במלחמת העולם השנייה בתכנית מנהטן – שהובילה לייצור הפצצות הגרעיניות הראשונות. לצורך העשרת אורניום היו צריכים לייצר את התרכובת אורניום שש-פלואורי (UF₆), בתהליך שדרש תגובה עם פלואור גזי. לצורך זה גם נעשה לראשונה שימוש בטפלון, שכן הוא אחד החומרים הבודדים העמידים בפני פלואור גזי ואינם מגיבים איתו. עד היום השימוש התעשייתי העיקרי של פלואור גזי הוא למטרה הזאת.

מרבית השימושים האחרים של פלואור גזי הם בייצור תרכובות המכילות מספר רב של אטומי פלואור, שיש להן חשיבות בתעשייה. עליהן נמנית למשל התרכובת גופרית שש-פלואורית (SF₆), שהיא גז תעשייתי חשוב.

גם תרכובות פלואור אורגניות, שיש בהן אטום פלואור שנקשר לאטום פחמן, הן שימושיות: נוסף לטפלון, גם תרופות רבות מאוד מכילות פלואור, וכן רבים מחומרי ההרדמה המודרניים. אחת הקבוצות החשובות של תרכובות פלואור בעבר הייתה כלורופלואורופחמנים, שהידוע בהם הוא פריאון, שעליו נרחיב בהמשך.

תרכובת פלואור חשובה נוספת היא חומצה הידרופלואורית (HF), שאינה אורגנית. מדובר בחומצה שאינה חזקה במיוחד, אך למרות זאת היא מסוכנת מאוד וגורמת לכוויות. לחומצה הזאת יש שימושים תעשייתיים רבים מאוד. אחת מתכונותיה הייחודיות היא היכולת שלה להמיס צורן דו-חמצני (SiO₂) שממנו מורכבים בין השאר זכוכית, קוורץ וחול. ולכן משתמשים בה בין השאר לחריטה על זכוכית ובתעשיית המוליכים למחצה.

מה קורה כשטובלים נורת ליבון בחומצה הידרופלואורית? סרטון של Periodic Videos (באנגלית):

היסוד ה"זורם"

עוד לפני שידעו שהוא יסוד, אנשים השתמשו בפלואור. כבר במאה ה-16 גילו שהוספת סידן פלואורי (CaF₂), שמופיע בטבע בצורת המינרל פלואוריט, לעפרות מתכת מורידה את טמפרטורת ההתכה שלהן ומקלה על הפקת המתכת. מכאן גם נגזר שמו של היסוד, שכן פירוש המילה Fluores בלטינית הוא "זורם". עד היום זה השימוש המרכזי בתרכובות פלואור בתעשייה.

החומצה ההידרופלואורית בודדה לראשונה במחצית השנייה של המאה ה-18, ואז גם זוהתה יכולתה להמיס זכוכית. בשנת 1810 עלתה לראשונה ההשערה שהחומצה מכילה יסוד שלא היה מוכר עד אז ודומה לכלור המצוי בחומצה הידרוכלורית. רק 76 שנה לאחר מכן, ב-1886, הצליח הכימאי היהודי-צרפתי אנרי מואסאן (Moissan), לאחר הרבה ניסוי וטעייה וחשיפה לכמויות מסוכנות של חומצה הידרופלואורית, להפיק מהחומצה גז פלואור. על כך הוענק לו פרס נובל בכימיה לשנת 1906.

עוד לפני מואסאן ניסו רבים לבודד את היסוד הלא ידוע מהחומצה ההידרופלואורית, אך בשל תכונותיה ותכונות הפלואור עצמו גם אלה שהצליחו להפיק בכמויות קטנות שלו הורעלו ולא פעם אף מתו בעקבות זאת. שיטתו של מואסאן להפקה, שהתבססה על אלקטרוליזה של החומצה, משמשת בתעשייה עד ימינו להפקת פלואור גזי.

הצליח במשימה שאחרים שילמו בחייהם על כישלון בה. מואסאן מבודד את הפלואור | מקור: Science Photo Library

הפלואור בטבע

אטום הכלור, השוכן מתחת לפלואור בטבלה המחזורית ודומה לו למדי, מרבה ליצור מלחים, כלומר תרכובות יוניות שבהן הוא היון השלילי. בניגוד לו, מלחי פלואור אינם נפוצים באוקיינוסים של כדור הארץ ואינם מופקים מהם. בדרך כלל פלואור מופיע בטבע במינרלים שאינם מסיסים במים, ובמיוחד פלואוריט – הסידן הפלואורי שכבר הזכרנו. זה המקור העיקרי להפקת פלואור.

המינרל פְלוּאוֹרוֹאַפַּטִיט, המכיל גם סידן, זרחן וחמצן, הוא הצורה העיקרית שבה מופיע פלואור בכדור הארץ. עם זאת, הוא נוטה להופיע עם מינרלים הדומים במבנה הכימי שלהם אך אינם מכילים פלואור, ופְלוּאוֹרוֹאַפַּטִיט מופיע בהם בריכוז נמוך של אחוזים בודדים. המינרלים האלה הם המקור העיקרי להפקת זרחן ודשנים פוספטיים, כך שבכל זאת מנצלים אותם ומפיקים מהם באותה הזדמנות את הפלואור כתוצר לוואי, בין השאר בנגב.

הפלואוריט מופיע במבנים רבים עם תכולת מזהמים שונה, ולכן יש לו צבעים רבים בטבע. סוג אחר של אפטיט (הִידְרוֹקְסִיאַפַּטִיט) הוא המינרל העיקרי המרכיב את האמייל של השיניים שלנו, ומכיוון שפְלוּאוֹרוֹאַפַּטִיט חזק יותר ממנו ועמיד יותר נגד עששת, משתמשים בפלואור להגנה על השיניים, ופלואוריד הוא מרכיב במשחות שיניים רבות.

כל המינרלים בתמונה הם פלואוריט. תצוגה במוזיאון הטבע הלאומי של מכון סמית'סוניאן, ארה"ב | צילום: אורי טייכמן

פרט לנוכחותו בשיניים, אין לפלואור תפקיד ביולוגי חשוב, והוא אינו קיים כמעט בגופם של בעלי חיים, כולל בני האדם. גם לצמחים הוא אינו חיוני, אך יש צמחים שקולטים אותו בכל זאת ומשתמשים בו לייצור תרכובות רעילות להגנה מפני אוכלי צמחים. אחד החומרים הללו הוא נתרן מוֹנוֹפְלוּאוֹרוֹאָצֶטַט, המשמש בתעשייה גם כחומר הדברה.

לתרכובות פלואור רבות יש השפעה על האקלים, בעיקר על ידי פירוק שכבת האוזון באטמוספרה. תרכובות רבות של פחמן, כלור ופלואור (כלורופלואורופחמנים), למשל פריאון, שימשו בעבר כגזי קירור, עד שהתגלה שהן הגורם העיקרי ליצירת החור באוזון. בעקבות זאת פרוטוקול מונטריאול משנת 1987 אסר על השימוש בהן, מאמץ שאכן סייע מאוד לצמצום החור באוזון. למרות זאת, במדינות מתפתחות עדיין משתמשים בהן, גם אם בהיקף מצומצם.

את הגזים האלה החליפו כיום תרכובות שמכילות גם מימן אך נטולות כלור (הידרופלואורופחמנים), וכמעט אינן פוגעות באוזון. עם זאת, הן נוטות להיות גזי חממה חזקים מאוד, שתורמים להתחממות הגלובלית, דבר המגדיל עוד יותר את התמריץ להימנע משימוש בהן ולצמצם את פליטתן לאטמוספרה.

לא כולם מתלהבים מההישג החשוב של בריאות הציבור. מפגינים נגד הפלרת מים | צילום: Shutterstock

הפלרת מים

אי אפשר לסיים בלי להזכיר את אחד השימושים המפורסמים ביותר מוכרים של הפלואור – הפלרת מים. מדובר בתהליך שבו מוסיפים למי השתייה כמויות זעירות ביותר, של פחות מאחד למיליון – 1 מיליגרם לכל ליטר של מים – של היון פלואוריד. בדרך כלל זה נעשה על ידי המסת חומצה פְלוּאוֹרוֹסִילִיצִית במים, שפלואוריד הוא אחד מתוצרי הפירוק שלה.

אף על פי שפלואור וחומצה הידרופלואורית הם חומרים מסוכנים כשלעצמם, יון הפלואוריד אינו פעיל במיוחד ורעילותו נמוכה. הסיבה לכך היא שנטייתו החזקה מאוד של פלואור לקבל אלקטרון נוסף מביאה לידי כך שיון הפלואוריד אינו נוטה לחלוק את האלקטרונים שלו ולכן נוטה להיות פחות פעיל מבחינה כימית. הוא עדיין עלול להיות רעיל בריכוזים גבוהים, אך אלה ריכוזים גבוהים בהרבה מאלה שבהם הוא מצוי במים – צריך לשתות עשרות או מאות ליטרים של מי ברז ביום, או לבלוע כמה עשרות שפופרות של משחת שיניים המכילה פלואוריד בשביל להגיע למצב של הרעלה.

הכמויות שמוסיפים למים קטנות מכדי לגרום נזקים כלשהם, אולם גבוהות מספיק כדי להחליף חלק מהמינרל בשיניים מהידרוקסיאפטיט לפלואורואפטיט, שדומה לו בתכונותיו אך חזק יותר. כך האמייל של השיניים נעשה עמיד יותר לחורים.

הפלרה נעשית במקומות שבהם ריכוז הפלואור הטבעי במים אינו גבוה מספיק, כך שמאות מיליוני אנשים ברחבי העולם שותים מים מופלרים. ארגון הבריאות העולמי הגדיר את הפלרת המים כאחד מעשרת ההישגים הגדולים ביותר של בריאות הציבור במאה העשרים.