Der durchschnittliche Fluorgehalt in Meerwasser liegt bei etwa 1-1,5 ppm, während Flusswasser im Allgemeinen nur 0,1 ppm enthält. Quellwasser kann, abhängig von den Gesteinen, durch das es geflossen ist, etwa 0,1-40 ppm Fluor enthalten. In gelöster Form ist das Element vor allem als F- aber auch als HF, HF- und im Meerwasser als MgF+ zum finden.
Fluor ist das reaktivste aller Elemente. Mit Wasser reagiert es zu Flusssäure und Sauerstoff bzw. Ozon. Die Reaktionsgleichungen lauten wie folgt:
2F2(g) + 2H2O(l) -> O2(g) + 4HF(aq)
3F2(g) + 3H2O(l) -> O3(g) + 6HF(aq)
Auch Fluorverbindungen können, zum Teil heftig, mit Wasser reagieren. Beispiele hierfür sind folgende Reaktionen:
BrF5 + 3H2O -> HBrO3 + 5HF
IF5 + 3H2O -> HIO3 + 5HF
Fluor ist nicht in Wasser löslich, sondern reagiert mit diesem.
Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann Fluor ist in verschiedenen Mineralien enthalten, aus denen es bei Verwitterungsprozessen freigesetzt werden und ins Wasser gelangen kann. Die Wichtigsten sind Apatit, Glimmer, Fluorit und Kryolith. In elementarer Form kommt das Element aufgrund seiner Reaktionsfreudigkeit in der Natur nicht vor.
In manchen Ländern wird Trinkwasser bewusst mit Fluorid angereichert um das Risiko auf Karies zu verkleinern. Dies ist jedoch umstritten, und die erlaubten Konzentrationen sind stark begrenzt, da eine zu hohe Fluoreinnahme schädlich sein kann. Eine Zufügung zu Zahnpasta ist üblich um die Zähne zu stärken.
Auch aus verschiedenen Industriezweigen kommt Fluor, meist in Form seiner Verbindungen, frei. So werden Fluorverbindungen in der Glasindustrie, bei der Produktion von Stahl, Aluminium, Zement, Keramik und Ziegeln, sowie in Gießereien benutzt und gelangt auf diesem Wege in Industrieabwässer. Oft wird es jedoch auch in Form von Stäuben und Gasen, so auch durch Kohlekraftwerke, emittiert. Weitere Fluorverbindungen werden als Kühlmittel, Schmierstoffe, spezielle Reinigungsmittel und, wegen des guten Lösungspotentials von Sauerstoff, sogar als Blutersatzflüssigkeit verwendet. Auch Teflon ist eine fluorhaltige Verbindung. Es wird für Kabelisolationen, Schläuche und Rohre, sowie Bedachung oder aber auch Küchengeräte verwendet.
Fluorhaltige Schlämme müssen auf Deponien für Sondermüll entsorgt werden. Das Risiko der Ausbreitung in der Umwelt ist sonst zu groß. Zudem können Insektizide Fluorverbindungen enthalten.
Das Isotop 18F wird für medizinische Diagnosen verwendet.
Fluor ist ein essentielles Element für viele, jedoch nicht alle Organismen. Fluoride können andererseits jedoch auch starke Umweltgifte sein.
Normale lufttrockenen Böden enthalten etwa 10-1000 ppm des Elements, wovon der größte Teil an Silicat- und Phosphatmineralien gebunden ist und somit wasserunlöslich wird. Der wasserlösliche und somit pflanzenverfügbare Anteil, macht nur etwa 0,3-0,5 ppm im Boden aus. Durch Fluoridemissionen können die Werte jedoch schnell deutlich ansteigen, nämlich um etwa 100 ppm. Niedrige pH-Werte erhöhen die Löslichkeit und machen somit mehr Fluorid für Pflanzen verfügbar. Zudem können diese auch gasförmigen Fluorwasserstoff über ihre Blätter absorbieren. Der Fluorgehalt in Pflanzen beträgt etwa 2-20 ppm (trockenmassebezogen). Das Element ist für sie wahrscheinlich nicht essentiell. In hohen Konzentrationen kann Fluor sogar schwere Schäden an Pflanzen verursachen. Als tolerierbarer Fluorgehalt des Bodens gelten bis zu 200 ppm. Wird dieser Wert überschritten, können Wachstumsstörungen, Verfärbungen der Blätter und schließlich Nekrose entstehen. So kann es zu forst- und landwirtschaftlichen Schäden durch Fluoremissionen kommen. Die Empfindlichkeit von Pflanzen gegenüber Fluor bzw. Fluorid ist jedoch auch per Art unterschiedlich. Zudem können Pflanzen Konzentrationen von 5-10 mg/L häufig ohne größere Schädigungen überstehen, wenn die Belastung unterbrochen, also nicht kontinuierlich, ist. Fluorid, aber auch Flusssäure, wird von der Pflanze passiv aufgenommen. Eine Akkumulation findet vor allem in den Zellwänden statt. Die Stoffe wirken zudem giftig, da sie einige Enzyme hemmen. Auch die Fotosyntheseaktivität kann hierdurch eingeschränkt werden. In stark kontaminierten Böden wurden Fluorkonzentrationen von bis zu 3500 ppm gefunden.
Was die Wirkung von Fluor und Fluorverbindungen auf Warmblüter angeht, so ist das Element für viele Organismen essentiell, kann aber auch sehr schnell giftig werden. Viele Verbindungen wurden deswegen schon verboten. Die erhöhte Aufnahme von Fluoriden kann zu Fluorose führen, wobei das Skelett stark verformt werden kann. Da Fluor eine Affinität zu Calcium hat, kann es den Knochenbildungsprozess behindern. Dies wurde auch bei Vieh festgestellt, das auf Wiesen mit hohen Fluorkonzentrationen durch vulkanischen Staub graste, festgestellt. Bei Kühen wurde eine verringerte Milchproduktion bei zu hoher Fluoreinnahme festgestellt. Außerdem schrumpfte die Zahl der Lipide in der Milch unter diesen Umständen.
Fluor und seine Verbindungen sind für fast alle Insektenarten toxisch. Hierauf beruht auch die Wirkungsweise einiger Insektizide, die folglich jedoch nicht für bestimmte Arten eingesetzt werden können, sondern alle Insekten vergiften.
Fluorverbindungen gelten allgemein als wassergefährdende Stoffe. Beispielsweise Flusssäure ist ein schwach wassergefährdender Stoff, der zudem schon in sehr geringen Konzentrationen zu vermindertem Pflanzenwachstum führen kann.
Nicht zu unterschätzen sind die Folgen von FCKW (FluorChlorKohlenWasserstoffe) für die Umwelt. Diese betreffen jedoch weniger die Gewässer, sondern es kommt zu einer Schädigung der Ozonschicht und zu einem stärkeren Einfall von UV-Strahlen nach Zerstörung dieser. Diese Stoffe wurden zwar häufig durch andere Halogenalkane ersetzt, welche jedoch wiederum stark zum Treibhauseffekt beitragen.
Von Fluor existieren ein stabiles und sechs instabile Isotope. Beispielsweise 18F wird eine mittelstarke Radiotoxizität zugeschrieben.
Fluor ist ein für den Menschen essentielles Element. Es trägt zur Knochenbildung bei und stärkt die Zähne. Dies gilt jedoch nur für geringe Mengen des Elements. In einigen Ländern wird Fluorid ins Trinkwasser gegeben um Karies vorzubeugen. Da zu große Mengen jedoch schnell Knochen-, Zahn-, Nieren- und Hautveränderungen verursachen, wird diese Methode oft kritisiert.
Der Mensch nimmt über die Nahrung täglich etwa 0,2-3 mg Fluor auf. Der Fluorgehalt im Körper liegt bei etwa 27 ppm, wobei die Knochen sogar zu 0,2-1,2% aus dem Element bestehen. Die stärkende Wirkung auf Knochen und Zähne beruht auf der Umsetzung von Calciumphosphat in den stärkeren Fluorapatit. Ein Fluormangel führt zu Stoffwechselstörungen, wohingegen zu viel Fluor die sogenannte Fluorose verursacht, die vor allem für eine Veränderung der Zähne und sogar eine Verformung des Skeletts verantwortlich ist. In Regionen mit relativ hohem Fluoridgehalt im Boden, in der Nahrung und im Trinkwasser, ist eine erhöhte Quote an Chromosomenveränderungen und Trisomie aufgefallen.
Eine Vergiftung tritt ab Mengen von etwa 0,25 g Fluorid auf. Eine Einnahme von circa 5 g kann tödlich sein. Die Giftigkeit beruht auf der Blockierung der Enzymaktivität. Nur wenige Enzyme werden durch Fluor sogar stimuliert. Als Gegengift bei Fluoridvergiftungen gilt Calciumthiosulfat.
Auch elementares Fluorgas ist hochtoxisch. Bei Inhalation führt es zur Reizung des Atemtraktes und Lungenödemen. Verschiedene Fluorverbindungen können Verätzungen der Haut verursachen. So hat etwa Fluorwasserstoff eine irritierende Wirkung auf Haut, Augen und Atemwege.
Andererseits können Fluorverbindungen benutzt werden um Infektionskrankheiten zu heilen und Osteoporose vorzubeugen.
Fluorverbindungen können teilweise mit Kalk ausgefällt werden. Da Fällung jedoch einen großen Materialaufwand mit sich bringt, sind Ionenaustauscher häufig eine bessere Lösung. Zudem ist eine Wasserbehandlung durch Adsorption, Destillation oder aber auch Umkehrosmose-Membranen möglich. Die Trinkwassernormen von WHO, EU und Deutschland geben eine maximale Fluoridkonzentration von 1,5 mg/L vor. Quellenangaben
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