Doble vía

 

Flúor elemental. Nunca digas nunca

 

Laura Gasque Silva*

 

*Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, Av. Universidad # 3000, 04510, México, D.F. México. Correo electrónico: gasquel@unam.mx.

 

Si algo he aprendido durante décadas de docencia en la Química Inorgánica, es a no usar las palabras "todos, siempre, ningún, nunca", ya que el comportamiento de las sustancias químicas no es algo completamente conocido. Muchas de las posibles combinaciones que hasta hoy son inexistentes, pueden serlo no por imposibles, sino porque nadie las ha intentado obtener, o lo que es más, porque simplemente nadie las ha descubierto en la naturaleza.

Un ejemplo clásico en la Química Inorgánica de por qué estas palabras no deben usarse, es la existencia de compuestos de los gases nobles. Durante décadas el paradigma del octeto fue tan fuerte, que a pesar de que los laboratorios químicos de investigación contaban con todo lo necesario para preparar estos compuestos, el famoso octeto estable desalentó cualquier intento de obtenerlos.

En muy, pero muy pocas ocasiones, me doy permiso de usar alguna de estas palabras al dar mi clase, y trato siempre de resaltar ante mis alumnos lo extraordinario que tiene que ser algo para que en su descripción sea apropiada alguna de estas palabras.

Una de estas ocasiones, es cuando hablo del flúor y aseguro que nunca se le encuentra en estado elemental en la naturaleza. Se sabe que la obtención de este halógeno en estado elemental ha sido una de las mayores proezas experimentales en la historia de la química. Experimentadores tan notables como Scheele, Davy y Gay Lussac fracasaron en el intento, llevándose como único resultado quemaduras serias. Los hermanos George y Thomas Knox también sufrieron serias quemaduras que casi matan a Thomas y los investigadores Paul Louyet en Bélgica y Jèrome Nickles de Francia literalmente murieron en el intento.

Fue Henry Moissan, en París, quien después de varios intentos logró finalmente domar a la fiera en 1886. Esta hazaña, que muy pocos en la actualidad han vuelto a intentar, le valió el premio Nobel de Química en 1906, cuando se lo ganó a Dimitri Mendeleiev, quien murió al año siguiente, sin Premio Nobel.

Y ahora me entero de que hay un mineral que en algunas vesículas en su estructura contiene un gas que es nada menos que flúor elemental.

Se trata de un mineral conocido hace unos doscientos años, que por su particular olor se conoció como fluorita fétida o antozonita. Químicos tan célebres como Wöhler y von Liebig propusieron varias posibles fuentes del olor y a lo largo de los años las pruebas químicas y aun la espectrometría de masas no lograron descifrar el misterio; se llegó a proponer que el olor provenía de compuestos de fósforo, de arsénico, o de yodo, azufre, selenio u oxígeno elemental en la forma de ozono.

En 2012, el equipo de científicos dirigidos por el Prof. Florian Kraus, en la Universidad Técnica de Munich, Alemania, han demostrado la presencia de flúor elemental en muestras de esta pestilente fluorita, mediante pruebas de Resonancia Magnética Nuclear de ¹⁹F. En estas determinaciones, que se realizaron in situ (sin destruir las muestras) se encontró claramente una señal que es asignable sin lugar a duda a la especie F₂.

La explicación surge cuando se analiza el efecto del contenido de material radiactivo en el mineral. El uranio contenido en trazas en la antozonita emite radiación ionizante que permite la formación de átomos de F, que a su vez forman moléculas de F₂ en vesículas de CaF₂, lo que las mantiene aisladas y por lo tanto estables.

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Comentario

Laura:

Increíble que no se hubiera detectado hasta 2012 que el olor de ese mineral era debido a flúor elemental. ¿Cómo hallaron estos alemanes que estaba atrapado el F₂ en la matriz cristalina? Espero que nos cuentes más sobre ello.

Andoni Garritz
Director de Educación Química

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Menos de 1 mg de F₂ por gramo del mineral

Pues la referencia del Angewandte Chemie International Edition narra lo siguiente:

 

Antecedentes

La fluorita CaF₂, suele tener color, cuyo origen ha sido estudiado previamente. Esto se ha atribuido a la presencia de una gran variedad de impurezas, entre ellas uranio y algunos otros elementos radiactivos. Se ha asociado el color de las muestras a la demostrada presencia de cúmulos de calcio metálico en muestras del mineral. Inclusive se han producido estos cúmulos de calcio metálico en muestras de CaF₂ sintético e incoloro, mediante irradiación (β,γ, láser). Junto con la formación de cúmulos durante los experimentos de irradiación se observó la formación de burbujas y se propuso que el gas formado era F₂.

La muestra de antozonita o fluorita fétida analizada por los autores del trabajo que ahora reseño contenía ²³⁵U, ²³⁸U, y sus productos ²²⁴Th, ²³⁴Pa, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi, ²¹⁰Pb y ²¹⁰Bi, capaces de emitir radiación β.

 

Resultados

OLIERON el gas que salió de la muestra al triturarla y compararon el olor con F₂ de procedencia conocida, y comprobaron que el olor era el mismo. Los investigadores declaran que el olor es muy diferente al O₃, Cl₂, OF₂, HOF, HF y XeF₂, ya que OLIERON todos éstos y resultaron ser diferentes.

Para confirmar sus observaciones organolépticas, decidieron someter la muestra mineral a RMN de ¹⁹F en estado sólido y obtuvieron el espectro que se muestra en la figura 1.

Las señales centradas en −109 ppm corresponden al F⁻en la fluorita, mientras que la pequeña señal que se observa en 425 ppm es asignable al F₂. Mediante varias mediciones cuantitativas, se obtuvo que la concentración de F₂ en la muestra era de 0.46±0.06 mg/g de antozonita.

Laura Gasque

 

Referencias

Jörn Schmedt auf der Günne; Martin Mangstl; Florian Kraus, Occurrence of Difluorine F₂ in Nature—In Situ Proof and Quantification by NMR Spectroscopy, Angewandte Chemie International Edition, 51, 31, 7847-7849, July 27, 2012.         [ Links ]