Vodikov fluorid: svojstva i primjena

Od spojeva halogena - elemenata skupine 7 glavne podskupine periodičkog sustava kemijskih elemenata DI Mendeleev - fluorovodik velike je praktične važnosti. Zajedno s drugim halogeniranim vodikom, koristi se u različitim granama nacionalnog gospodarstva: za proizvodnju plastičnih masa koje sadržavaju fluor, fluorovodičnu kiselinu i njezine soli. U ovom ćemo radu proučiti strukturu molekule, fizikalna i kemijska svojstva ove tvari i razmotriti područja primjene.

Povijest otkrića

U 17. stoljeću K. Schwanquard je proveo eksperiment s mineralima fluorit i sulfatne kiseline. Znanstvenik je otkrio da je tijekom reakcije pušten plin koji je počeo uništiti ploču od stakla, pokrivajući cijev smjesom reagensa. Ovaj plinoviti spoj se naziva vodikov fluorid.

Hidrofluorna kiselina dobila je u 19. stoljeću Gay-Lussac iz iste sirovine: fluorit i sumporna kiselina. Ampera sa svojim eksperimentima pokazala je da je struktura molekule HF slična klorovodiku. To se također odnosi i na vodene otopine ovih halogena. Razlike se odnose na čvrstoću kiselina: fluorovodik je slab, a klorid je jak.

Fizička svojstva

Plin s kemijskom formulom HF ima oštar karakterističan miris, bezbojan, nešto lakši od zraka. U seriji halogena HI-HBr-HCl- vrelište i topljenje se glatko mijenja, a otići u HF oštro se povećava. Objašnjenje ovog fenomena je sljedeće: molekulska vodikov fluorid tvori suradnike (skupine neutralnih čestica, između kojih nastaju vodikove veze). Kako bi ih prekinuo, potrebna je dodatna energija, tako da se vrelišta i tališta povećavaju. Prema pokazateljima gustoća plina, u intervalima blizu vrelišta (+ 19,5), vodikov fluorid se sastoji od agregata s prosječnim sastavom HF_2. Kada se zagrijava iznad 25 ^okoS tim kompleksima se postupno raspadaju i na temperaturi od oko 90 ° C ^okoS vodikom, fluorid se sastoji od HF molekula.

Kako je hidrofluorid

Postupci za dobivanje tvari koje nisu u laboratorijskim uvjetima, što smo već spomenuli, te u industriji, gotovo ništa ne razlikuju među sobom: reagensi su svi isti fluorit (fluorit) i kiseli sulfat.

A mineralnih naslaga je postavljen u Primorye Zabaikalye, Meksiko, SAD, prvi obogaćenom boje, i zatim se koristi u tehnološkom procesu HF, koji se provodi u posebnim pećima čelika. Stavljeni su ruda i pomiješa s kiselim sulfata. Obogaćen rude sadrži 55-60%, fluorit_. Zidovi peći su obloženi olovnim pločama koje hvataju vodikov fluorid. Pročišćava se u koloni za pranje, ohladi, a zatim kondenzira. Za proizvodnju vodikovog fluorida koriste se rotacijske peći, posredno grijane strujom. Maseni udio HF na izlazu je približno 0,98, ali proces ima svoje nedostatke. To je dosta dugo i zahtijeva veliku potrošnju sulfatne kiseline.

Polaritet molekula HF

Bezvodni fluorid fluorida sastoji se od čestica koje imaju sposobnost međusobnog vezanja i stvaranja agregata. To se objašnjava unutarnjom strukturom molekule. Između vodika i atoma fluora postoji jaka kemijsko lijepljenje, nazvan polarni kovalentni. To je predstavljeno zajedničkim elektronskim parom raseljenim na više elektronegativni atom fluora. Zbog toga molekule fluorid hidrida postaju polarne i imaju oblik dipola.

Između njih nastaju sile elektrostatske privlačnosti, što dovodi do pojave suradnika. Duljina kemijske veze između vodika i atoma fluora je 92 nm, a njegova energija je 42 kJ / mol. I u plinovitoj i u tekućem stanju, tvar se sastoji od polimernog mješavine oblika H₂F₂, H₄F₄.

Kemijska svojstva

Bezvodni fluorovodik ima sposobnost interakcije s solima karbonata, silikata, nitrita i sulfidnih kiselina. S oksidativnim svojstvima, HF smanjuje gore navedene spojeve na ugljični dioksid, silicijev tetrafluorid, sumporovodik i dušikove okside. Vodena 40% -tna otopina vodikovog fluorida uništava beton, staklo, kožu, gumu, a također i interakciju s nekim oksidima, na primjer Cu₂O. Slobodni bakar, bakreni fluorid i voda nalaze se u proizvodima. Postoji skupina tvari s kojima HF ne reagira, na primjer, teške metale, kao i magnezij, željezo, aluminij, nikal.

Vodena otopina vodikovog fluorida

Naziva se fluorovodična kiselina i koristi se u obliku 40% i 72% otopina. Vodikov fluorid, svojstvo njegovih kemijskih svojstava ovisi o njegovoj koncentraciji, neograničeno se otapa u vodi. U tom se slučaju oslobađa toplina koja karakterizira taj proces kao egzotermu. Budući da je kiselina srednje čvrstoće, vodena otopina HF interakcija s metalima (supstitucijska reakcija). Soli su formirani - fluoridi - i oslobađa se vodik. Pasivni metali - platina i zlato, kao i olovo - ne reagiraju s fluorovodičnom kiselinom. Kiselina prolazi kroz nju, tj. Stvara zaštitni film na metalnoj površini, koji se sastoji od netopivog olovnog fluorida. Vodena otopina HF može sadržavati nečistoće od željeza, arsen, dioksid sumpor, u kojem slučaju se naziva industrijska kiselina. Koncentrirana 60% -tna otopina HF je važna u kemiji organske sinteze. Pohranjen je u polietilenske ili teflonske posude, a velika tona hidrofluorna kiselina prevozi se u čeličnim cisterne.

Uloga fluorovodične kiseline u nacionalnom gospodarstvu

Otopina vodikovog fluorida koristi se za proizvodnju amonijevog borofluorida, koji je sastavni dio tekućina u metalurškoj željezi i obojenoj metali. Također se koristi u postupku elektrolize kako bi se proizveo čisti bor. Hidrofluorna kiselina se koristi za proizvodnju silikofluorida, na primjer, kao što je Na₂SIF₆. Koristi se za proizvodnju cementa i emajla otpornih na djelovanje mineralnih kiselina.

Plutaji daju vodonepropusna svojstva građevinskim materijalima. Treba voditi računa o njihovoj primjeni, budući da su svi silikofluoridi toksični. Vodena otopina HF također se koristi za proizvodnju sintetičkih ulja za podmazivanje. Za razliku od minerala, zadržavaju viskoznost i tvore zaštitni film na površini radnih dijelova: kompresori, reduktori, ležajevi i na visokim i niskim temperaturama. Od velike je važnosti vodeni vodikov fluorid u jetkanju stakla, kao iu poluvodičkoj industriji, gdje se koristi za graviranje silicija.

Fluorirana plastika

Najpopularniji od njih je teflon (PTFE - 4). To je otvoren slučajno. Organski kemičar Roy J. Plunkett, obavljaju sinteze freoni, pronađena cilindara s plinovitom etilen cheteryhhloristym pohranjena na abnormalno niskim temperature od plina, u obliku bijelog praha, masne na dodir. Utvrđeno je da pri visokom tlaku i niskoj temperaturi polimerizira tetrafluoretilen.

Ova reakcija dovela je do formiranja nove plastične mase. Zatim se zvao Teflon. Ima izuzetnu otpornost na toplinu i mraz. Teflonske prevlake uspješno se koriste u hrani, kemijskoj industriji, u proizvodnji jela s ne-stick svojstvima. Čak i na 70 ^okoS proizvodima od fluoroplastika - 4 ne gube svojstva. Iznimno je visoka kemijska inertnost teflona. Ne razgrađuje se u kontaktu s korozivnim tvarima - alkalijama i kiselinama. Ovo je vrlo važno za opremu koja se koristi u tehnološkim procesima za proizvodnju nitratnih i sulfatnih kiselina, amonijev hidroksid, kaustična soda. Fluoroplasti mogu sadržavati dodatne komponente - modifikatore, kao što su staklena vlakna ili metali, zbog čega oni mijenjaju svojstva, na primjer povećavaju otpornost na toplinu i otpornost na habanje.

Disocijacija vodikovog fluorida

Ranije smo spomenuli da se u HF molekulama stvara jaka kovalentna veza, osim toga, oni sami mogu kombinirati u agregate, stvarajući vodikove veze. Zbog toga fluorovodik ima mali stupanj disocijacije i slabo se razgrađuje u ionima u vodenoj otopini. Hidrofluorna kiselina je slabija od klorida ili bromida. Ove značajke svoje disocijacije objašnjavaju postojanje postojanih kiselinskih soli, dok ih ne formiraju niti kloridi niti jod. Konstanta disocijacije vodene otopine vodikovog fluorida je 7x10^-4, što potvrđuje i činjenica da u svom rješenju postoji veliki broj neuzgojenih molekula i zabilježen je nizak sadržaj vodikovih iona i fluora.

Fluorhidrid je opasan

Treba napomenuti da su plinoviti i tekući vodikov fluorid toksični. Šifra supstance je 0342. Hidrofluorna kiselina također posjeduje narkotička svojstva. Na njegov utjecaj na ljudsko tijelo, prestat ćemo malo kasnije. U klasifikatoru, ova tvar, kao i bezvodni fluorovodik, nalazi se u drugoj kategoriji opasnosti. To se, prije svega, objašnjava sposobnošću spojeva fluora da lako zapaljuju. Ovo svojstvo posebno se očituje u spoju kao što je plinoviti fluorovodik, čija je opasnost od požara i eksplozije osobito visoka.

Zašto odrediti razinu vodikovog fluorida u zraku

U industrijskoj proizvodnji HF-a, dobivenih od fluorspara i sumporne kiseline, moguće su gubitke plinovitog proizvoda, čije pare upiru u atmosferu. Podsjetimo da fluorovodik (klasa opasnosti koja je druga) - tvar je jako otrovna i zahtijeva stalno mjerenje njegove koncentracije. Industrijske emisije sadrže veliki broj štetnih i potencijalno opasnih kemikalija, prvenstveno dušika i sumpornih oksida, teških metalnih sulfida i plinovitih vodikovih halida. Među njima, velika frakcija pada na vodikov fluorid, čija maksimalna koncentracija u okolnom zraku iznosi 0.005 mg / m³ u smislu fluorida dnevno. Za tvornice na kojima se nalazi bubanj, najveća dopuštena koncentracija (MPC) mora biti 0, 1 mg / m³.

Analizatori plina vodikovog fluorida

Da biste saznali što štetnih plinova i količina ispušta u atmosferu, postoje posebni mjerni instrumenti. Za detekciju HF pare pomoću photocolorimetric analizatora plinova, koji se koriste kao žarnom niti žarulje i LED diode kao izvora poluvodičkih svjetlosnih i fotodiodama i foto-tranzistora poslužiti kao fotodetektorima. Određivanje fluorovodikom provodi se u atmosferskim zrakom te još infracrvene analizatora plina. Oni su vrlo osjetljive. HF molekule apsorbiraju dugovalnog zračenja u rasponu od 1-15 mikrona. Instrumenti koji se koriste kako bi se utvrdilo otrovni otpad u zraku i na radnom području industrijskih poduzeća, fiksni oscilacije koncentracija HF unutar dopuštenih stopa i jednog ekstremnim slučajevima (technogenic katastrofa, poremećaja tehnoloških ciklusa zbog oštećenja napajanja i tako dalje. D.). Ove funkcije djeluju thermoconductometric analizatora plina fluorovodikom. Prom. oni razlikuju emisije na temelju toplinske vodljivosti HF, ovisno o sastavu smjese plinova.

Štetni učinak hidrofluorida na ljudsko tijelo

I bezvodni fluorovodik i fluorovodična kiselina, koja je njegova otopina u vodi, pripadaju drugoj klasnoj opasnosti. Posebno, ovi spojevi imaju negativan utjecaj na vitalne sustave: kardiovaskularni, luči, dišnog sustava i kože i sluznica. Penetracija tvari kroz kožu prolazi neopaženo i asimptomatska. Fenomeni toksičnosti može manifestirati na sljedeći dan, a oni su dijagnosticirana lavina, naime ulcerirani kožu, na površinskim dijelovima oka sluznice formira keloida. Tkivo pluća uništava se zbog nekrotičnih lezija alveola. Ioni fluorid zarobljen u izvanstaničnoj tekućini, tada prodiru u stanice i da se vežu čestice kalcija i magnezija koje ulaze u sastav živčanog tkiva, krvi i renalnim tubulima - nefrona strukture. Stoga je osobito važno pažljivo pratiti sadržaj plinovitih vodikovih fluorida i para hidrofluornih kiselina u atmosferi.