Fluoride sind die Salze der Fluorwasserstoffsäure (HF), die auch als Flusssäure bekannt ist. Fluoride im engsten Sinne enthalten in Lösung oder in ihrem Ionengitter als negative Gitterbausteine (Anionen) Fluorid-Ionen (F−). Im weitesten Sinne können alle Fluorverbindungen als Fluoride bezeichnet werden, darunter auch kovalente, nicht-ionische Verbindungen von Nichtmetallen sowie organische Fluorverbindungen. Im Falle der Fluorkohlenwasserstoffe und der Fluorchlorkohlenwasserstoffe ist die Benennung als Fluorid, z. B. Alkylfluorid, nicht mehr die bevorzugte Variante, während bei Carbonsäurederivaten wie Acetylfluorid die Bezeichnung als Fluorid üblich ist.
Einleitung mini|Struktur des Natriumfluorids, Na+ F− Als Beispiel für ein typisches Fluorid sei hier das Natriumfluorid NaF genannt, ein weißer, hochschmelzender Feststoff (Schmelzpunkt 993 °C). Im festen NaF wechseln sich Na+- und F−-Ionen auf den Gitterplätzen ab, so dass die Ionen die Natriumchlorid-Struktur bilden. In Lösung liegen frei bewegliche Na+- und F−-Ionen vor, wobei jedes Ion von einer lose gebundenen Hydrathülle umgeben ist.
Natürliches Vorkommen mini|Fluorit mini|Kryolith Fluoride kommen in Form vieler Mineralien in der Natur und im menschlichen Körper vor. Wichtigster Vertreter ist der Fluorit (CaF2), ferner Yttrofluorit, ein Additions-Mischkristall mit YF3, und Cerfluorit (Ce-haltiger Fluorit), der neben Yttrium noch Cer, Erbium und Hydratwasser enthält.
Weitere Fluoride sind unter anderem Griceit (LiF), Frankdicksonit (BaF2), Fluocerit-(Ce) (CeF3), Fluocerit-(La) (LaF3), Neighborit (NaMgF3), Gagarinit-(Ce) (NaCaCeF6) und Gagarinit-(Y) (NaCaYF6). Komplexe Fluoride enthalten ein weiteres Element innerhalb eines Anion-Komplexes, wie etwa Bor, Aluminium oder Silicium, und bilden dann z. B. Hexafluorosilikate oder Tetrafluorborate. Vertreter sind hier Barberiit (NH4[BF4]), Ferruccit (Na[BF4]), Avogadrit (K[BF4]), Malladrit (Na2SiF6), Hieratit (K2SiF6), Kryolithionit (Na3Al2Li3F12), Kryolith (Na3AlF6), Elpasolith (K2Na[AlF6]), Jarlit (NaSr2[AlF6]2), Usovit (Ba2Mg[AlF6]2) und Weberit (Na2MgAlF7).
Übersicht über binäre Fluoride Abgesehen von den leichteren Edelgasen und natürlich abgesehen von Fluor selbst können alle Elemente Fluoride bilden. Binäre Fluoride enthalten nur ein weiteres Element.
Fluoride der Hauptgruppenelemente Die Tabelle gibt eine Übersicht über die wichtigsten binären Fluoride der Hauptgruppenelemente. Außer den Kohlenstoffverbindungen (Perfluorcarbone wie beispielsweise Tetrafluormethan, Difluoracetylen oder Tetrafluorethen) sind sämtliche binären Fluoride anorganische Verbindungen. + binäre Fluoride der Hauptgruppenelemente Gruppe 1 Wasserstoff und Alkalimetalle Gruppe 2 Erdalkalimetalle Gruppe 13 Borgruppe(Triele) Gruppe 14 (IVA) Kohlenstoffgruppe(Tetrele) Gruppe 15 (VA) Stickstoffgruppe Gruppe 16 (VIA)Chalkogene Gruppe 17 (VIIA)Halogene Gruppe 18Edelgase Fluorwasserstoff HF (Hydrogenfluorid) Lithiumfluorid LiF Berylliumfluorid BeF2 Bortrifluorid BF3 Kp. −127,1 °C Perfluorcarbone, z. B. Tetrafluormethan CF4 Stickstofffluoride, z. B. Stickstofftrifluorid NF3a) Sauerstofffluoride, z. B. Sauerstoffdifluorid OF2 Natriumfluorid NaF Magnesiumfluorid MgF2 Aluminiumfluorid AlF3 Tetrafluorsilan SiF4 Phosphor(III)-fluorid PF3Phosphorpentafluorid PF5 Schwefelfluoride, z. B. Schwefelhexafluorid SF6 Chlorfluorid ClF b) Kaliumfluorid KF Calciumfluorid CaF2 c) Gallium(III)-fluorid GaF3 Germanium(IV)-fluorid GeF4 Arsen(III)-fluorid AsF3Arsen(V)-fluorid AsF5 Selentetrafluorid SeF4Selenhexafluorid SeF6 Bromfluorid BrF d) (Kryptondifluorid KrF2 e)) Rubidiumfluorid RbF Strontiumfluorid SrF2 Zinn(II)-fluorid SnF2 Zinn(IV)-fluorid SnF4 Antimon(III)-fluorid SbF3Antimon(V)-fluorid SbF5 Tellurtetrafluorid TeF4Tellurhexafluorid TeF6 f) Iodpentafluorid IF5Iodheptafluorid IF7 Xenontetrafluorid XeF4Xenonhexafluorid XeF6 Caesiumfluorid CsF Bariumfluorid BaF2 Thallium(I)-fluorid TlF Blei(II)-fluorid PbF2 Blei(IV)-fluorid PbF4 Bismut(V)-fluorid BiF5 a) Stickstoff bildet auch Stickstoff(II)-fluorid (Distickstofftetrafluorid F2N–NF2) und Stickstoff(I)-fluorid F–N=N–F
b) Chlor bildet außer Chlorfluorid ClF auch Chlortrifluorid ClF3 und Chlorpentafluorid ClF5
c) Gallium(I)-fluorid GaF ist nur bei hohen Temperaturen beständig
d) Brom bildet außer Bromfluorid BrF auch Bromtrifluorid BrF3 und Brompentafluorid BrF5
e) Kryptondifluorid KrF2 ist instabil und zersetzt sich.
f) Iod: Iodfluorid IF ist nur unterhalb −14 °C stabil, Iodtrifluorid IF3 ist nur unterhalb −28 °C beständig
Fluoride der Nebengruppenelemente Beispiele für Fluoride der Nebengruppenelemente sind Titan(III)-fluorid TiF3 und Titan(IV)-fluorid TiF4, Osmium(VI)-fluorid, Platin(VI)-fluorid oder Zinkfluorid. Auch manche Actinoide bilden Hexafluoride: Uran(VI)-fluorid, Neptunium(VI)-fluorid oder Plutonium(VI)-fluorid.
Bindungsverhältnisse Alkalimetallfluoride und Erdalkalifluoride gelten als salzartige Stoffe mit vorwiegend ionischer Bindung. Geht man im Periodensystem von links nach rechts nimmt der kovalente Bindungscharakter zu (besonders schnell in der Reihe Lithiumfluorid mit Natriumchlorid-Struktur, Schmelzpunkt 845 °C, Berylliumfluorid mit Quarz-Struktur und Schmelzpunkt 555 °C zum Bortrifluorid, ein Gas (Schmelzpunkt −100,4 °C) aus BF3-Molekülen mit kovalenter B–F-Bindung). Auch mit zunehmender Oxidationszahl der Fluoride nimmt der kovalente Charakter der Bindungen zu. Das zeigt sich beispielsweise an den Hexafluoriden, von denen einige gasförmig sind (Wolframhexafluorid, Schwefelhexafluorid, Selenhexafluorid, Tellurhexafluorid), was ein Hinweis darauf ist, dass es sich um Molekül- und nicht um Ionenverbindungen handelt. Auch die sog. Sauerstofffluoride haben mit salzartigen Fluoriden nichts zu tun und auch nichts mit Oxiden, denn in ihnen hat der Sauerstoff keine negative, sondern eine positive Oxidationszahl.
Weitere anorganische Fluoride Ternäre Fluoride Zu den wichtigeren ternären Fluoriden gehören beispielsweise: Fluorid im engeren Sinne, mit isoliertem Fluoridion: Ammoniumfluorid NH4F Stabile Fluorokomplexionen enthalten kein isoliertes Fluoridion (kein F−) und sind daher keine Fluoride im engeren Sinne, lediglich im weitesten Sinne von Fluorverbindungen: einfache Tetrafluoroborate wie Lithiumtetrafluorborat LiBF4, Natriumtetrafluoroborat NaBF4 (auch als seltenes Mineral Ferruccit), Kaliumtetrafluoroborat KBF4 oder Silbertetrafluoroborat AgBF4 Natriumhexafluoroaluminat Na3AlF6, das als Mineral Kryolith natürlich vorkommt Hexafluorosilicate, wie Lithiumhexafluorosilicat Li2[SiF6], Natriumhexafluorosilicat NaSiF6, Kaliumhexafluorosilicat KSiF6 Kovalente Fluoride, in denen das Fluoratom per Elektronenpaarbindung gebunden ist: Nitrosylfluorid NOF (F–N=O) Phosphoroxidfluorid POF3 (O=PF3) Sulfurylfluorid SO2F2 Peroxydisulfuryldifluorid F2O6S2 (F–SO2–O–O–SO2–F)
Hydrogendifluoride mini|[FHF]−-Anion
Neben den einfachen Fluoriden existieren auch Hydrogendifluoride der Zusammensetzung Me+[HF2]−, wie etwa Natriumhydrogendifluorid (NaHF2) und Kaliumhydrogendifluorid (KHF2). Diese enthalten das lineare [FHF]−-Anion. Darstellung ist aus wässrigen Lösungen der Fluoride unter Anwesenheit eines Überschusses Fluorwasserstoff (HF) möglich. Beim Erhitzen spalten die Hydrogendifluoride den Fluorwasserstoff wieder ab.Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu Fluoride, in: Lexikon der Geologie, abgerufen am 10. Juli 2008.
Darstellung:
Zersetzung durch Erhitzen:
Organische Fluoride
120px|mini|Tetrafluormethan – Fluor ist kovalent an den Kohlenstoff gebunden
In den meisten organischen Fluoriden ist das Fluoratom kovalent gebunden. Fluorkohlenwasserstoffe und Fluorchlorkohlenwasserstoffe wurden früher als Fluoride benannt, beispielsweise leiteten sich von den Alkanen die Alkylfluoride ab. Heute bevorzugt die IUPAC die Benennung als Fluorverbindung, beispielsweise Fluoralkan statt Alkylfluorid. Dementsprechend lauten die bevorzugten Namen Tetrafluormethan (CF4) statt Kohlenstofftetrafluorid und Fluormethan (CH3F) statt Methylfluorid. Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid sind Beispiele für Fluorkohlenwasserstoffe, bei denen sich die historischen Namen auf -fluorid erhalten haben.
Als organische Fluoride gelten Säurederivate wie: Carbonsäurefluoride, wie Acetylfluorid (CH3–CO–F) Benzoylfluorid (C6H5–CO–F) Fluoride organischer Phosphorsäuren, wie Sarin (C4H10FO2P)
Es gibt auch organische Verbindungen, in denen das Fluoratom salzartig als Fluorid-Anion (F−) enthalten ist und die daher eindeutig Fluoride im engeren Sinne sind. Beispiele: Hydrofluoride, darunter die besonders bedeutenden Aminfluoride, wie Olaflur Fluoride quartärer Ammoniumverbindungen, beispielsweise Tetrabutylammoniumfluorid Bu4N+ F−
Nachweis Physikalische Analyseverfahren Professionell werden heute Fluoride in Mineralien und Feststoffen mit Röntgenfluoreszenzanalyse, Röntgenbeugung oder Massenspektrometrie bestimmt, in Flüssigkeiten mit Fluorid-Elektroden, IR- oder NMR-Verfahren.
Nasschemisch mini|Bleitiegeltest mit Wassertropfen
Mit einfachen Labormethoden lassen sich Fluoride durch den Bleitiegeltest oder die Ätzprobe nachweisen. Versetzt man eine fluoridhaltige Probe mit Schwefelsäure, so entsteht Fluorwasserstoff, der das Glasbehältnis anätzt. Am Beispiel Calciumfluorid:
Gibt man die Probe in einen Bleitiegel mit gepulverter Kieselsäure oder Natriumsilicat und überschichtet anschließend mit Schwefelsäure, so bildet sich Siliciumtetrafluorid-Gas:
Der Tiegel wird wieder verschlossen und die Abdeckung mit Wasser befeuchtet. Das Siliciumtetrafluorid reagiert mit dem Wasser wieder zu Silicat, das sich kraterförmig im Wassertropfen absetzt.Biltz-Klemm-Fischer, 1966.
Anwendungen mini|Natriumfluorid-Tabletten Fluoride werden vor allem als Flussmittel in der Metallurgie, zur Synthese von organischen Fluorchemikalien sowie zur gasdichten Versiegelung von Kraftstoffbehältern verwendet; dabei werden die Kunststofftanks aus z. B. PA (Polyamid) mit dem gelösten Fluorid bedampft, dadurch diffundiert dieses ca. 3–4 Mikrometer in die Oberfläche ein.
Als Fluoridierung bezeichnet man die Zugabe von Fluoriden insbesondere zu Speisesalz, Trinkwasser, Milch, Tabletten und Zahnpasten zur Prophylaxe von Zahnkaries.
+ Fluoridgehalt diverser ProphylaxeprodukteF−-Anteil [%] Menge pro Anwendung [mg]Zahncremebis 0,152,25 (bei 1,5 g Zahncreme)Kinderzahncreme0,050,25 (erbsengroße Menge, ca. 0,5 g)Fluoridsalz0,0310,62 (bei 2 g Salz)Fluorid-Gelee1,2512,5 (bei 1,0 g Gelee)Touchierlösung1,05,0 (bei 0,5 ml Lösung)Spüllösung0,0252,5 (bei 10 ml Lösung)Fluoridlack0,10–2,260,5–7,5 (bei 0,19–0,50 ml Lack)Polierpaste0,1–3,01,0–30,0 (bei 1,0 g Paste)
Fluoride können sowohl topisch als auch systemisch verabreicht die Kariesprophylaxe unterstützen. Diese Maßnahmen unterstützen seit Jahrzehnten die Kariesprophylaxe. Es wird angenommen, dass es bei Anwesenheit von Fluoriden in der Mundhöhle zu einer „beschleunigten“ Remineralisation mit Calcium- und Phosphationen aus dem Speichel kommt. Das Bundesinstitut für Risikobewertung kam 2018 zu dem Schluss, dass es keine eindeutigen Belege dafür gebe, „dass eine Zahnpasta mit 500 ppm (= 500 mg/l) Fluorid (entspricht 0,05 % Fluoridanteil) weniger wirksam ist als eine mit 1000 ppm (0,1 % Fluorid)“. Ein Cochrane-Report von 2019 weist darauf hin, dass Fluorid-enthaltende Zahnpasten erst ab einer Konzentration von 1000 ppm im Sinne der Kariesprophylaxe wirksam sind.
Der Fluoridgehalt bei Prophylaxeprodukten wie Zahnpasta wird als Salz angegeben, nicht wie für die Bewertung der Toxikologie (siehe unten) als Fluoridion. Bei einem Produkt mit 5 % Natriumfluorid liegt die Fluoridmenge demnach bei 2,5 %.
Biologische Bedeutung Bedarf
Die empfohlene tägliche Gesamtaufnahme von Fluoriden liegt bei Erwachsenen bei etwa 3,5 mg, die geschätzte tatsächliche zwischen 0,4 und 1,5 mg.