و جامدات، برهمكنشهاي غيرافزايشي جفت‌گونه به‌ويژه برهمكنشهاي سه گونه‌اي نقش زيادي دارند. يكي از اين خواص قابل پيش‌بيني، ساختار كريستال و انرژي بستگي جامدات است. به‌عنوان نمونه درحالي‌كه ساختار كريستال جامدات گازي كم‌ياب سنگين مشاهده‌شده از نوع است، پتانسيل‌هاي افزايشي جفت‌گونه ساختار را به‌عنوان ساختار پايدارتر پيشنهاد مي‌كنند. ولي با درنظر گرفتن برهمكنشهاي غيرافزايشي سه گونه‌اي، نتايج نظري نيز ساختار را به‌عنوان ساختار پايدارتر پيشنهاد مي‌كنند. دانش نظري برهمكنشهاي سه گونه‌اي به ويژه از ديد فعاليت‌هاي تجربي كه در اين زمينه انجام شده است، چندان مقبول نيست.
گاهی از اندازه‌گيري ضريب سوم ويريال می‌توان اطلاعات تجربي در مورد وجود نيرو‌‌هاي چند- گونه‌اي به‌دست آورد. ضرايب ويريال در بسطي از معادله‌ی حالت يك گاز غيرايده‌آل بر حسب تواني از ظاهر مي‌شوند. مقدار ضريب دوم ويريال فقط به برهم‌كنش جفت مولكول‌‌ها بستگي دارد. برهمكنشهاي چند- گونه‌اي در رفتار ضرايب ويريال بالاتر ظاهر مي‌شوند. براي مثال، عبارت ضرايب سوم ويريال شامل دو جمله‌ی افزايشي و غيرافزايشي، بهصورت زير نوشته مي‌شود:
(1-121)
(1-122)
(1-123)
كه ، فاصله‌ی بين مولكول‌هاي و ، و پتانسيل دو- گونه‌اي و سه- گونه‌اي را نشان مي‌دهند.
(1-124)
(1-125)
در صورت ناچیز بودن تصحيحات سه- گونه‌اي، و جمله‌ی غيرافزايشي صفر مي‌شود [38].
پس به‌طور کلی گاهی اوقات می‌توان یک سیستم را به زیرسیستم‌های مربوطه تفکیک نمود، اما در سیستم‌هایی که اثرات جمع‌پذيري درآن‌ها چشم‌گیر است، فقط انرژي كل سامانه مي‌تواند درنظر گرفته شود و تفکیک به زیرسیستم‌ها چندان امکان‌پذیر نیست.
1-12) دانستنیهایی درباره فلوئور
فلوئور عنصری گازی شکل به رنگ زرد کم‌رنگ با بخار مایل به سفید است که در سال 1886 توسط هنری موسیان72 شیمی‌دان فرانسوی کشف گردید. این عنصر در طبیعت از کانی‌هایی مانند فلوریت، کریولیت، فلوئورآپاتیت، توپاز به‌دست می‌آید.
فلوئور در گروه 17 جدول تناوبی قرار دارد که به سری هالوژن معروف است . بیشترین الکترونگاتیوی را در بین عناصر دیگر دارد . فلوئور گازی خورنده است که با اجسام آلی و غیر‌آلی واکنش می‌دهد. در پروژه‌های بمب اتمی وانرژی هسته‌ای هنگامی‌که اورانیوم از گاز UF6جدا می‌شود، به‌مقدار زیاد تولید می‌شود . در حال حاضر ایمنی‌های مناسبی برای فلوئور ارائه می‌شود که می‌توان فلوئور را بهصورت مایع و در مقدار تن حمل کرد. ترکیباتی از فلوئور با گازهای نجیب از قبیل گزنون، رادون و کریپتون به‌دست می‌آید. عنصر فلوئور و یون فلورید بسیار سمی هستند.
فلوئور واکنش‌‌پذیرترین و الکترونگاتیویته‌ترین عنصر در بین تمام عناصر است. این عنصر به رنگ زرد کم‌رنگ و گاز خورنده با خاصیت واکنش‌پذیری با بیشتر مواد آلی و غیر‌آلی است. همه‌ی فلزات، شیشه، سرامیک، کربن و حتی آب در فلوئور با شعله روشن می‌سوزند. در پروژه‌های بمب اتمی و انرژی هسته‌ای این عنصر کاربرد دارد.
فلوئور و ترکیبات آن، برای تولید اورانیوم و بیش از 100 ترکیب شیمیایی فلوئوردار شامل بیشتر پلاستیک‌های حرارت بالا کاربرد دارد. اسید هیدروفلوریک برای روشنایی چراغ‌ها و لامپ‌ها استفاده می‌شود. فلوئور هیدروکربن‌ها استفاده گسترده‌ای در تهویه‌‌ی هوا و صنایع برودتی دارد. فلوئور قابلیت حلالیت در آب را دارد. از این عنصر در خمیردندان‌ها برای پایداری و استحکام دندان استفاده می‌شود و همین‌طور برای دندان‌سازی نیز کاربرد دارد. از این عنصر برای مطالعه سوخت‌های هسته ای نیز استفاده می‌شود.
فلوئور می‌تواند جانشین هیدروژن در ترکیبات آلی شود و ترکیبات فلوئوری بی‌شماری ایجاد کند. ترکیبات فلوئور نیز با گازهای نادر مثل گزنون و رادون و کریپتون تأیید شده است.
عنصر فلوئور و یون آن بسیار سمی هستند . این عنصر به حالت آزاد در طبیعت وجود دارد دارای بوی بد و تیز است حتی با عیار پایین در طبیعت قابل کشف است.
1-12-1) تاریخچه‌ی فلوئور
آگریکلا73 در سال ۱۵۲۹ فلوئور را (از واژه لاتین fluere به‌معنی روانی و شارش یا دگرگونی پیاپی) به‌شکل فلورسپار و به‌خاطر کاربرد آن به‌عنوان یک گدازآور (ماده‌ای که برای بهبود جوشکاری فلزات یا کانی‌ها به‌کار می‌رود) شناسایی کرد. اسکوانهرد74 در سال ۱۶۷۰ متوجه شد سطح شیشه در صورتی‌که در معرض فلورسپار همراه با اسید قرار گیرد نقش‌هایی حک می‌گردد. اسکیل‌کارل75 و بسیاری از محققان بعد از او از جمله گیلوساگ76 همگی با اسید هیدروفلوئوریک به آزمایش پرداختند که بعضی از آزمایش‌ها به یک فاجعه ختم شد. این عنصر سال‌های زیادی بعد از آن به‌دست نیامد چون هنگامی‌که آن‌را از یکی از ترکیباتش جدا می‌کردند، فوراً به مواد باقی‌مانده‌ی آن ترکیب حمله می‌کرد. سرانجام بعد از تقریباً ۷۴ سال تلاش مداوم، هنری مویسون77 در سال ۱۸۸۶ موفق به تهیه‌‌ی فلوئور شد. . جایزهی نوبل شیمی در سال 1906 به هنری مویسون به‌خاطر قدردانی از زحمات او در زمینهی تحقـیقات روی عنصر فلوئور اهدا شد [40].
اولین تولید تجاری فلوئور در پروژه بمب اتمی پروژه مانهاتان78 در جنگ جهانی دوم بود. اورانیوم هگزافلورید که مستقیماً با فلوئوردارکردن اورانیوم اکسید یا اورانیوم تترافلورید به‌دست
. می‌آید، در جداسازی ایزوتوپهای اورانیوم کاربرد دارد [17].
1-12-2) کاربردهای فلوئور
فلوئور در تولید پلاستیک‌های کم اصطکاک از قبیل تفلون و نیز در کلروفلوئورکربن‌ها مانند فریون کاربرد دارد. سایر کاربردهای آن عبارتند از:
هیدروفلوریک اسید با فرمول شیمیایی HF برای حکاکی روی شیشه در لامپ و محصولات دیگر به‌کار می‌رود.
از فلوئور تک اتمی در تولید نیمه‌هادی استفاده می‌گردد.
فلوئور به همراه ترکیباتش در تولید اورانیوم (ازهگزا فلوئوراید) و بیش از صد نوع ماده شیمیایی فلوئوردار تجاری از جمله تعداد زیادی از پلاستیک‌های مقاوم در برابر گرما، کاربرد دارد.
کلروفلوئوروکربن‌ها در تهویه و در سردسازی کاربرد وسیعی دارند. استفاده از کلروفلوئوروکربن‌ها در این موارد ممنوع شده چون آنها مشکوک به نازک کردن لایه‌ی اوزون می‌باشند. هگزافلوئورید گوگرد گازی بسیار راکد و غیرسمی است. این گروه از ترکیبات گازهای گلخانه‌ای قوی هستند.
آلومینیات پتاسیم هگزافلوئورید که اصطلاحاً کریولیت یا یخسنگ نامیده می‌شود، در الکترولیز آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از سدیم فلوئورید به‌عنوان یک حشره کش به‌خصوص برعلیه سوسک‌ها استفاده می‌شود.
بعضی دیگر از فلوئوریدها برای جلوگیری از پوسیدگی دندان به خمیر دندان و به منابع آب شهری افزوده می‌شود. در دندان‌پزشکی ترکیبات حاوی فلوراید بهصورت دهان‌شویه یا وارنیش به‌کار می‌رود. فلوراید به دو طریق از پوسیدگی دندان‌ها جلوگیری می‌کند: فلوراید در استخوان‌ها و دندان‌های در حال رشد کودکان تجمع می‌کند و به سفت شدن مینای دندان‌ها قبل از پیدایش آنها کمک می‌نماید. هم‌چنین در سفت شدن مینای دندان بزرگسالان مؤثر است.
بعضی از محققین امکان استفاده از گاز فلوئور خالص را به‌عنوان سوخت موشک بررسی کرده‌اند، چون این گاز دارای ضربه مخصوص بالائی می‌باشد[41] .
1-12-3) خواص فيزيكي فلوئور
فلوئور گاز زرد كمرنگ مي‌باشد كه در حدود ˚C188- به مايع نارنجي متمايل به زرد متراكم مي‌شود و در حدود ˚C220- به جامد زرد رنگ تبديل مي‌شود و در ˚C228- در يك انتقال فاز به رنگ سفيد تغيير رنگ مي‌دهد. این ماده در طبيعت بهصورت آزاد وجود ندارد اما بهصورت تركيب با عناصر ديگر ديده شده است و 065/0 درصد از پوسته زمين را تشكيل مي‌دهد. از نظر فراواني فلوئور سيزدهمين عنصر طبيعت مي‌باشد. مهم‌ترين منبع طبيعي فلوئور، كاني فلدسپار CaF2 مي‌باشد كه حاوي حدود 49 درصد فلوئور مي‌باشد. مهم‌ترين كاني‌هاي فلوئور، كريوليت Na3AlF6، فلوئورآپاتيت Ca5(PO4)3F، توپاز، سلاييت MgF2 و ويليااوميت NaF مي‌باشند. فلوئور داراي بوي شديد مي‌باشد به‌طوري‌كه به‌راحتي در غلظت‌هاي حدود ppb20 قابل تشخيص است. بوي آن مشابه بقيه هالوژن‌ها است و با بوي ازن قابل مقايسه است. به‌دليل مشكلات زياد در نگهداري فلوئور، بررسي خواص آن مورد توجه مي‌باشد و خواص فيزيكي، ترموديناميكي، انتقالي و الكترومغناطيسي گزارش‌شده توسط محققين مختلف براي اين عنصر، داراي انحرافي بيشتر از انحراف معمول در نتايج آزمايشگاهي مربوط به مواد ديگر مي‌باشد. برخي از اين خواص در جدول (1-1) آورده شده است.
جدول (1-1) خواص فيزيكي فلوئور
نقطه ذوب
-219.61 ˚C
نقطه جوش
-188.13 ˚C
دماي بحراني
-129.2 ˚C
فشار بحراني
5571 kPa
ظرفيت گرمايي گاز
31.46 J mol-1K-1
چگالي مايع در نقطه جوش
1516 kg m-3
فشار بخار در 4/89 کلوین
162.11 kPa
1-12-4) خواص شيميايي فلوئور
فلوئور الكترونگاتيوترين عنصر با پتانسيل يونش عادي 85/2- ولت مي‌باشد. اين الكترونگاتيوي بالا، قابليت فلوئور در اكسايش بسياري از عناصر به بالاترين حالت اكسايشي آنها را بيان مي‌كند. اندازه كوچك و پتانسيل اكسايش بالا باعث تشكيل فلوئوريدهاي ساده و كمپلكس زيادي مي‌گردد كه در آنها عناصر، بالاترين حالت اكسايش خود را دارند. فلوئور فعال‌ترين عنصر طبيعت بوده و با بيشتر مواد آلي و معدني در دماي اتاق و يا حتي پايين‌تر از آن تركيب مي‌شود. مخصوصاً، تركيبات آلي و داراي هيدروژن هنگامي كه در معرض فلوئور قرار گيرند، سوخته و يا منفجر مي‌شوند. عنصر فلوئور مستقيماً با گازهاي نادر زنون، رادون و كريپتون واكنش مي‌دهد و فلوئوريدهاي آنها را نوليد مي‌كند. در محلول گازی، فلوئور معمولاً بهصورت یون F^- وجود دارد [42]. اكسيژن و نيتروژن در حضور يك تخليه الكتريكي تشكيل فلوئوريد مي‌دهند اما به‌طور مستقيم واكنش نمي‌دهند.
فلوئور اولين عضو خانواده هالوژن‌هاست ولي در بسياري از خواص مشابه ديگر هالوژن‌ها نمي‌باشد به علاوه، قدرت پيوند فلوئور با ديگر اتم‌ها بيشتر از هالوژن‌هاي ديگر است ]41[.
1-12-5) ترکیبات فلوئور
فلوئور اغلب می‌تواند در ترکیبات آلی جایگزین هیدروژن شود. با این مکانیسم فلوئور می‌تواند ترکیبات بسیار زیادی داشته باشد. ترکیبات فلوئور که شامل گازهای نادر هستند با فلوئوریدهای کریپتون، رادون و زنون تایید شده‌اند. این عنصر از فلوئوتیت، کریولیت و فلوئورآپاتیت بازیافت می‌شود ]41[..
1-12-6) تأثیر فلوئور بر انسان،تغذیه و سلامتی
مقدار اندکي از فلوئور در آب، هوا، گياهان و جانوران وجود دارد. انسان از طريق غذا و آب آشاميدني و تنفس مي‌تواند فلوئور دريافت کند. فلوئورين با نسبت‌هاي مختلف در انواع مختلف غذا وجود دارد. چاي و پوسته‌ی صدف‌ها داراي مقدار زيادي فلوئور مي‌باشد.
فلوئور براي مقاوم شدن استخوان‌هاي بدن انسان يک عنصر اساسي محسوب مي‌شود. اگر فلوئور در خمير دندان به‌کار رود و دو بار در روز مصرف شود، مانع پوسيدگي دندان مي‌شود. جذب و مصرف بيش از اندازه فلوئور باعث پوسيدگي دندان، پوکي استخوان، مشکلاتي در کليه‌ها، سيستم عصبي و ماهيچه‌ها مي‌گردد.
گاز فلوئور در صنعت توليد مي‌شود. اين گاز بسيار خطرناک است، به‌طوري‌که در غلظت‌هاي بالا باعث مرگ مي‌شود. اگر غلظت گاز فلوئور پايين باشد، سبب آسيب‌هايي به گوش و چشم مي‌گردد.
در اوایل قرن نوزدهم برای اولین بار فلوئور در بدن حیوانات کشف شد. اگر چه نقش فلوئور در کنترل پوسیدگی دندان مدت‌ها است که شناخته شده، ولی فقط در چند سال اخیر به ضرورت این عنصر پی برده شده است. مقادیر نادری از این عنصر در بافت‌های بدن انسان به‌خصوص در استخوان‌ها و دندان‌ها، غده تیروئید و پوست نیز وجود دارد. ضرورت وجود مقادیر کمی از فلوئور به منظور محافظت از دندان‌ها در برابر پوسیدگی و نیاز بدن حیوانات آزمایشگاهی جهت رشد طبیعی آنان به‌خوبی روشن شده است.
توجه به نقش
