Fluoride

Fluoride sind die Salze der Fluorwasserstoffsäure (HF), die auch als Flusssäure bekannt ist. Sie enthalten in ihrem Ionengitter als negative Gitterbausteine (Anionen) Fluorid-Ionen (F⁻). Daneben werden auch kovalente, nicht-ionische Verbindungen von Nichtmetallen sowie organische Fluorverbindungen wie etwa die Fluorkohlenwasserstoffe oder Carbonsäurederivate veraltet als Fluoride bezeichnet.

Natürliches Vorkommen

Fluoride kommen in Form vieler Mineralien in der Natur vor. Wichtigster Vertreter ist der Fluorit (CaF₂), ferner Yttrofluorit, ein Additions-Mischkristall mit YF₃, und Cerfluorit (auch Yttrocerit), der neben Yttrium noch Cer, Erbium und Hydratwasser enthält. Weitere Fluoride sind Frankdicksonit (BaF₂), Gagarinit (NaCaYF₆), Tysonit (auch Fluocerit, (Ce,La,Se)F₃) und Neighborit (NaMgF₃). 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 das Ferruccit (NaBF₄), Avogadrit ((K,Cs)BF₄), Malladrit (Na₂SiF₆), Hieratit (K₂SiF₆), Kryolithionit (Na₃Al₂Li₃F₁₂), Kryolith (Na₃AlF₆), Elpasolith (K₂Na₂), Usovit (Ba₂Mg[AlF₆]₂) und Weberit (Na₂MgAlF₇).<ref name="Wissenschaft-Online">Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu Fluoride, in: Lexikon der Geologie, abgerufen am 10. Juli 2008.</ref>

Anorganische Fluoride

Wichtige salzartige Fluoride

Einige wichtige Fluoride sind:

• Aluminiumfluorid (AlF₃)
• Ammoniumfluorid (NH₄F)
• Calciumfluorid (CaF₂, Fluorit oder Flussspat)
• Natriumfluorid (NaF)
• Zinn(II)-fluorid (SnF₂)

Hydrogendifluoride

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.<ref name="Wissenschaft-Online"/>

Darstellung:

<math>\mathrm{NaF \ + \ HF \ \longrightarrow \ NaHF_2}</math>

Zersetzung durch Erhitzen:

<math>\mathrm{NaHF_2 \ \xrightarrow{\Delta T} \ NaF \ + \ HF \uparrow}</math>

Auch molekular aufgebaute anorganische Fluorverbindungen wie die Hexafluoride Platin(VI)-fluorid, Uran(VI)-fluorid oder Plutonium(VI)-fluorid werden häufig als Fluoride bezeichnet.

Organische Fluoride

In den meisten organischen Fluoriden ist das Fluoratom kovalent gebunden, Beispiele:

• Sarin (C₄H₁₀FO₂P),
• Tetrafluormethan (CF₄)
• Trifluormethan (CHF₃)
• Chlordifluormethan (CHClF₂)

Es gibt jedoch auch organische Fluorverbindungen in denen das Fluoratom salzartig als Fluorid-Anion enthalten ist. Beispiele:

• Hydrofluoride
• Aminfluoride

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

Mit einfachen Labormethoden lässt sich Fluorid durch den Bleitiegeltest oder die Ätzprobe nachweisen. Versetzt man mit Schwefelsäure, so entsteht Fluorwasserstoff, der das Glasbehältnis anätzt.

<math>\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4 \longrightarrow CaSO_4 + 2 \ HF}</math>

Gibt man die Probe in einen Bleitiegel mit gepulverter Kieselsäure oder Natriumsilicat und überschichtet anschließend Schwefelsäure, so bildet sich Siliciumtetrafluorid-Gas:

<math>\mathrm{SiO_2 + 4 \ HF \ \rightleftharpoons \ SiF_4 + 2 \ H_2O}</math>

Der Tiegel wird wieder verschlossen und die Abdeckung mit Wasser befeuchtet. Das Siliciumtetrafluoid reagiert mit dem Wasser wieder zu Silicat, das sich kraterförmig im Wassertropfen absetzt.<ref>Biltz-Klemm-Fischer, 1966.</ref>

Anwendungen

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. Aufgrund der vor allem im Internet sehr kontrovers geführten Diskussion über diesen Wirkstoff hat die Stiftung Warentest zu den wichtigsten Fragen Stellung genommen. <ref> Gefährdet Fluorid die Gesundheit?, test.de vom 15. September 2014, abgerufen am 5. Februar 2015</ref>

Toxikologie

Die Toxikologie von Fluoriden ist von zahlreichen Faktoren abhängig, wie der Art des Fluorids, dessen Löslichkeitsverhalten, Art der Einwirkung, die Resorptionsgeschwindigkeit im Magen, dem Säure-Basen-Haushalt und dem pH-Wert des aufgenommenen Fluorids. Die sichere toxische Dosis (Certainly Toxic Dose, CTD) liegt bei 32 bis 64 mg Fluorid pro Kilogramm Körpergewicht. Bei Kleinkindern liegt die wahrscheinliche toxische Dosis (Probably Toxic Dose, PTD) bei 5mg Fluorid pro Kilogramm Körpergewicht.<ref> E. Hellwig, J. Klimek, T. Attin: Einführung in die Zahnerhaltung – Prüfungswissen Kariologie, Endodontologie und Parodontologie. 6. Auflage. Deutscher Zahnärzteverlag, 2013, S.145ff</ref>

Zum Vergleich: In einer Tube Zahnpasta (100 g bzw. 75 ml) mit einem Fluoridgehalt von 1000 ppm (parts per million, Teile einer Million) befinden sich 100 mg Fluorid. Ein 15 kg schweres Kind hätte beim Verzehr der gesamten Tube Zahnpasta die wahrscheinliche toxische Dosis damit überschritten.

Wasserunlösliche oder schwerlösliche Fluoride wie Calciumfluorid und Aluminiumfluorid besitzen eine wesentlich geringere Toxizität. Es besteht jedoch immer die Gefahr der Bildung des ebenfalls hochtoxischen Fluorwasserstoffs beim Kontakt mit starken Säuren.

Die Giftwirkung (Fluorose) beruht teils auf der Ausfällung des vom Stoffwechsel benötigten Calcium als Calciumfluorid, teils aus der Wirkung als Protoplasma- und Zellgift, das bestimmte Enzym</b>systeme und die Proteinsynthese hemmt. Sie äußert sich in Schädigungen des Skeletts, der Zähne, der Lungenfunktion, der Haut und in Stoffwechselstörungen.

Bei oraler Aufnahme (zum Beispiel in Trinkwasser/Mineralwasser enthalten) erfolgt eine schnelle und nahezu vollständige Resorption löslicher Fluoride über die Magenschleimhaut, da die Salze durch die Salzsäure des Magens Fluorwasserstoff bilden. Akute Symptome sind starke Schmerzen in Magen und Darm und hinter dem Brustbein, Krämpfe, Bewusstlosigkeit und schwere Stoffwechselstörungen. Fluorwasserstoff verursacht ebenfalls starke Verätzungen bis zur Zerstörung von Zellen.

Als Antidot bei Fluoridvergiftungen dient Calciumgluconat.<ref name="roemppAD">Eintrag zu Antidot. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. November 2013.</ref><ref name="roemppGl">Eintrag zu Gluconate. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. November 2013.</ref> Als Erste-Hilfe-Maßnahme sind auch andere calciumhaltige Mittel wirksam; beispielsweise kann es helfen, Milch zu trinken, um damit die Resorption der Fluoridionen zu hemmen.<ref name="Jürgen Stein">Jürgen Stein (Hrsg.): Praxishandbuch klinische Ernährung und Infusionstherapie. Springer 2003, ISBN 978-3-642558962, S. 120, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche</ref>

Siehe auch

• Chloride, Bromide, Iodide, Fluorit
• Aminfluoride

Einzelnachweise

<references/>

Weblinks

• History of fluorine, fluoride and fluoridation (englisch)