Vodikov fluorid: lastnosti in uporaba

Med spojinami halogenov - elementi skupine 7 glavne podskupine periodičnega sistema kemijskih elementov DI Mendeleeva - vodikovega fluorida je zelo praktičen pomen. Skupaj z drugimi halogeniranimi vodiki se uporablja v različnih vejah narodnega gospodarstva: za proizvodnjo plastike, ki vsebuje fluor, fluorovodikove kisline in njenih soli. V tem prispevku bomo preučili strukturo molekule, fizikalne in kemične lastnosti te snovi in ​​upoštevali področja njegove uporabe.

Zgodovina odkritja

V 17. stoletju je K. Schwanquard izvedel eksperiment z mineralom fluorita in sulfatne kisline. Znanstveniki so odkrili, da je med reakcijo sproščen plin, ki je začel uničevati stekleno ploščo in pokrivati ​​cev z mešanico reagentov. Ta plinasta spojina se imenuje vodikov fluorid.

Fluoritno kislino smo v 19. stoletju pridobili pri Gay-Lussac iz iste surovine: fluorita in žveplove kisline. Ampere s svojimi eksperimenti je dokazal, da je struktura molekule HF podobna kot vodikov klorid. To velja tudi za vodne raztopine teh halogenov. Razlike zadevajo moč kisline: fluorovodik je šibek in klorid je močan.

Fizične lastnosti

Plin s kemično formulo HF ima oster značilen vonj, brezbarven, nekoliko lažji od zraka. V seriji halogenov HI-HBr-HCl- vrelišče in taljenje se gladko spreminja, in pri odhodu v HF se močno poveča. Razlaga tega pojava je naslednja: povezovalni elementi molekularnih vodikovih fluoridov (skupine nevtralnih delcev, med katerimi se oblikujejo vodikove vezi). Da bi jih zlomili, je potrebna dodatna energija, tako da se vrelišče in tališče povečata. Po kazalnikih gostota plina, v intervalu, ki je blizu vrelišča (+19,5), fluorid vodika sestavljajo agregati s povprečno sestavo HF_2. Pri segrevanju nad 25 ^oS temi kompleksi se postopoma razgrajujejo in pri temperaturi okoli 90 ° ^oZ vodikom je fluorid sestavljen iz HF molekul.

Kako je hidrofluorid

Metode za pridobivanje snovi, ki niso v laboratorijskih pogojih, ki smo jih že omenili, in v industriji, skoraj nič ne razlikujejo med seboj: reagenti so vsi enaki fluorita The (fluorita) in sulfatna kislina.

A mineralnih surovin razporejen v Primorye Zabaikalye, Mexico, ZDA, najprej obogatenega s flotacijo, in nato uporabimo v tehnološkem procesu HF, ki se izvaja v posebnih jeklenih pečeh. Nalagajo rudo in se zmešajo s sulfatno kislino. Obogatena ruda vsebuje 55-60% fluorita_. Stene peči so obložene s svinčenimi ploščami, ki zajemajo vodikov fluorid. Očistimo ga v pralni koloni, ohladimo in nato kondenziramo. Za izdelavo vodikovega fluorida se uporabljajo rotacijske peči, posredno ogrevane z električno energijo. Masni delež HF na izhodu je približno 0,98, vendar ima proces svoje pomanjkljivosti. To je precej dolgo in zahteva veliko porabo sulfatne kisline.

Polarnost HF molekul

Brezvodni vodikov fluorid sestoji iz delcev, ki se lahko vežejo med seboj in tvorijo agregate. To je razloženo z notranjo strukturo molekule. Med atomi vodika in fluora je močna kemična vez, imenovana polarna kovalentna. Predstavlja ga skupni elektronski par, ki je premaknjen v bolj elektrotehnični atom fluora. Zaradi tega molekule fluoridnih hidridov postanejo polarne in imajo obliko dipolov.

Med njimi nastanejo sile elektrostatične privlačnosti, ki vodijo do videza sodelavcev. Dolžina kemične vezi med atomoma vodika in fluora je 92 nm, njegova energija pa je 42 kJ / mol. Tako v plinastem kot v tekočem stanju je snov sestavljena iz mešanice polimerov oblike H₂F₂, H₄F₄.

Kemijske lastnosti

Brezvodni vodikov fluorid ima sposobnost interakcije s solmi karbonata, silikata, nitritov in sulfidnih kislin. Z oksidacijskimi lastnostmi HF zmanjšuje zgoraj navedene spojine ogljikovega dioksida, silicijevega tetrafluorida, vodikovega sulfida in dušikovih oksidov. Vodna raztopina 40% vodikovega fluorida uničuje beton, steklo, usnje, gumo in medsebojno sodeluje z nekaterimi oksidi, na primer Cu₂O. V izdelkih najdemo brezplačni baker, bakrov fluorid in vodo. Obstaja skupina snovi, s katerimi HF ne reagira, na primer težke kovine, kot tudi magnezij, železo, aluminij, nikelj.

Vodna raztopina vodikovega fluorida

Imenuje se klorovodikova kislina in se uporablja v obliki 40% in 72% raztopin. Vodikov fluorid, značilnost njegovih kemičnih lastnosti, je odvisen od njegove koncentracije, se neomejeno raztopi v vodi. V tem primeru se sprosti toplota, ki ta proces označuje kot eksotermno. Kot srednja trdnost kislina, vodna raztopina HF sodeluje s kovinami (nadomestna reakcija). Nastanejo soli - fluoridi - in vodik se sprosti. Pasivne kovine - platina in zlato, pa tudi svinec - ne reagirajo s fluorovodikovo kislino. Kislina prehaja skozi to, tvorita zaščitno folijo na kovinski površini, ki sestoji iz netopnega svinčevega fluorida. Vodna raztopina HF lahko vsebuje nečistote železa, arzen, dioksid žvepla, v tem primeru se imenuje industrijska kislina. Koncentrirana 60% raztopina HF je pomembna v kemiji organske sinteze. Skladišči se v polietilenskih ali teflonskih posodah, velika količina fluorovodikove kisline pa se prevaža v jeklenih cisternah.

Vloga fluorovodikove kisline v nacionalnem gospodarstvu

Raztopina vodikovega fluorida se uporablja za proizvodnjo amonijevega borofluorida, ki je sestavni del fluksov v železarski in barvni metalurgiji. Uporablja se tudi v procesu elektrolize za proizvodnjo čistega bora. Fluorovodikova kislina se uporablja pri proizvodnji silikofluoridov, npr. Na₂SiF₆. Uporablja se za izdelavo cementov in emajlov, odpornih na delovanje mineralnih kislin.

Plavaji dajejo vodoodporne lastnosti gradbenim materialom. V procesu njihove uporabe je treba paziti, saj so vsi silikovi fluoridi strupeni. Vodna raztopina HF se uporablja tudi pri proizvodnji sintetičnih mazalnih olj. Za razliko od mineralnih, ohranjajo viskoznost in na površini delovnih delov tvorijo zaščitno folijo: kompresorje, reducente, ležaje ob visokih in nizkih temperaturah. Zelo pomembno je vodno vodikov fluorid v jedkanju (matiranju) stekla, pa tudi v polprevodniški industriji, kjer se uporablja za jedkanje silicija.

Fluorirana plastika

Najbolj priljubljen med njimi je Teflon (fluoroplastični - 4). Ugotovljeno je bilo po naključju. Organska kemik Roy J. Plunkett, ki se ukvarjajo sinteza freonov, najdenih v cilindrih s plinastim etilen cheteryhhloristym hraniti pri izjemno nizki temperaturi, ki ni plina, v obliki belega prahu, mastno na otip. Izkazalo se je, da pri visokotlačnem in nizkotemperaturnem tetrafluoroetilenu polimeriziramo.

Ta reakcija je privedla do nastanka nove plastične mase. Kasneje se je imenoval Teflon. Ima izredno toploto in odpornost proti zmrzovanju. Teflonske prevleke se uspešno uporabljajo v prehrambeni industriji, v kemični industriji, pri proizvodnji jedi z lastnostmi neprepustnosti. Tudi pri 70 ^oS proizvodi, izdelanimi iz fluoroplastične - 4, ne izgubijo lastnosti. Izjemna je visoka kemijska inertnost Teflona. Pri stiku s korozivnimi snovmi - alkalijami in kislinami se ne razgradi. To je zelo pomembno za opremo, ki se uporablja v tehnoloških postopkih za proizvodnjo nitratov in sulfatnih kislin, amonijev hidroksid, kavstična soda. Fluoroplastika lahko vsebuje dodatne komponente - modifikatorje, kot so steklena vlakna ali kovine, zaradi česar spremenijo svoje lastnosti, npr. Povečajo odpornost proti toploti in odpornost proti obrabi.

Dissociacija vodikovega fluorida

Pred tem smo omenili, da se v HF molekulah tvori močna kovalentna vez, poleg tega pa se lahko združijo v agregate in tvorijo vodikove vezi. Zato ima vodikov fluorid nizko stopnjo disociacije in se slabo razgradi v ione v vodni raztopini. Fluorovodikova kislina je šibkejša od klorida ali bromida. Te lastnosti njene disociacije razlagajo obstoj obstojnih, kislih soli, medtem ko jih ne tvori niti klorid niti jod. Disociacijska konstanta vodne raztopine vodikovega fluorida je 7x10^-4, kar potrjuje dejstvo, da v svoji rešitvi opazimo veliko število nerazsodiranih molekul in nizko vsebnost vodikovih ionov in fluora.

Tudi fluorhidrid je nevaren

Treba je opozoriti, da sta plinasti in tekoči vodikov fluorid strupen. Koda snovi je 0342. Fluorna kislina ima tudi narkotične lastnosti. Po njegovem vplivu na človeško telo bomo ustavili malo kasneje. V razvrstevalniku je ta snov, pa tudi brezvodni hidrofluorid, v drugem razredu nevarnosti. To je najprej razloženo s sposobnostjo, da se fluorne spojine enostavno vžgejo. Še zlasti je ta lastnost še posebej očitna v spojini, kot je plinasti vodikov fluorid, katerega nevarnost za ogenj in eksplozijo je še posebej velika.

Zakaj določiti raven vodikovega fluorida v zraku

V industrijski proizvodnji HF, pridobljenega iz fluorita in žveplove kisline, so možne izgube plinastega proizvoda, katerih pare vstopajo v ozračje. Spomnimo se, da je vodikov fluorid (razred nevarnosti, ki je drugi) - snov je zelo strupena in zahteva nenehno merjenje njegove koncentracije. Industrijske emisije vsebujejo veliko škodljivih in potencialno nevarnih kemikalij, predvsem dušikovih in žveplovih oksidov, težkih kovinskih sulfidov in plinastih halogenih halidov. Med njimi je velika frakcija vodikov fluorid, katerega največja koncentracija v zunanjem zraku je 0,005 mg / m³ glede na fluorid na dan. Za tovarniška mesta, kjer se nahajajo bobnaste peči, mora biti največja dovoljena koncentracija (MPC) 0, 1 mg / m³.

Analizatorji plina iz vodikovega fluora

Da bi ugotovili, kateri škodljivi plini in koliko so v atmosfero, obstajajo posebni merilni instrumenti. Za odkrivanje HF pare z uporabo photocolorimetric analizatorjev plinov, ki se uporabljajo kot žarnice z žarilno nitko in LED kot vira polprevodniških svetlobnih in fotodiod in fototransistor služijo kot photodetectors. Določanje vodikovega fluorida v atmosferskem zraku opravljajo tudi analizatorji infrardečega plina. So precej občutljivi. HF molekule absorbirajo dolgotrajno sevanje v razponu od 1-15 mikronov. Instrumenti, ki se uporabljajo za določitev strupenih odpadkov v zraku in na delovnem področju industrijskih podjetij, določen nihanje koncentracije HF znotraj dovoljene stopnje in eno samo skrajnih primerih (tehnogenih katastrofe, motnje tehnoloških ciklov zaradi poškodbe oskrbe z električno energijo in tako naprej. D.). Te funkcije se izvajajo s toplotno prevodnostjo merilnega analizatorja plinov vodikovega fluorida. Prom. diferencirajo emisije na podlagi odvisnosti toplotne prevodnosti HF na sestavo plinaste zmesi.

Škodljiv učinek hidrofluorida na človeško telo

Oba brezvodna vodikov fluorid in fluorovodikova kislina, ki je njena raztopina v vodi, pripadata drugemu razredu nevarnosti. Posebno negativno, te spojine vplivajo na vitalne sisteme: kardiovaskularne, izločevalne, dihalne, kot tudi kožne in sluznične membrane. Penetracija snovi skozi kožo je neopažena in asimptomatična. Pojavi toksikoze se lahko naslednji dan manifestirajo in jih diagnosticirajo kot plaz, in sicer: koža postane ulcerirana, na površini sluznic se oblikujejo opekline. Pljučno tkivo se uniči zaradi nekrotičnih lezij alveolov. Fluorni ioni, ki pridejo v medcelično tekočino, nato prodrejo v celice in v njih vežejo delce magnezija in kalcija, ki so del živčnega tkiva, krvi in ​​ledvičnih tubul - struktur nefrona. Zato je še posebej pomembno skrbno spremljati vsebnost plinastih hlapov vodikovega fluora in hlapov fluornih kislin v ozračju.