Fluorovodík: vlastnosti a použití

Mezi složkami halogenů - prvky skupiny 7 hlavní podskupiny periodického systému chemických prvků DI Mendelejev - fluorovodík má velký praktický význam. Spolu s jiným halogenovaným vodíkem se používá v různých odvětvích národního hospodářství: pro výrobu plastů obsahujících fluor, kyseliny fluorovodíkové a jejích solí. V této práci budeme studovat strukturu molekuly, fyzikální a chemické vlastnosti této látky a budeme zvažovat oblasti její aplikace.

Historie objevu

V 17. století provedl K. Schwanquard experiment s minerálem křemelina a sulfátová kyselina. Vědci zjistili, že plyn se uvolňuje v průběhu reakce, který začal erodovat ze skleněné desky, která zahrnuje trubku s reagenční směsi. Tato plynná sloučenina se nazývá fluorovodík.

Kyselina fluorovodíková byla získána v 19. století společností Gay-Lussac ze stejné suroviny: fluorit a kyselina sírová. Ampér s jeho experimenty ukázal, že struktura molekuly HF je podobná chlorovodíku. To platí také pro vodné roztoky těchto halogenů. Rozdíly se týkají síly kyselin: fluorovodík je slabý a chlorid je silný.

Fyzikální vlastnosti

Plyn s chemickým složením HF má ostrý charakteristický zápach, bezbarvý, lehce lehčí než vzduch. V sérii halogenů HI-HBr-HCl- bod varu a tání se mění plynule a při přechodu na HF výrazně stoupá. Vysvětlení tohoto jevu je následující: molekulární fluorovodík tvoří asociáty (skupiny neutrálních částic, mezi nimiž se tvoří vodíkové vazby). Pro jejich rozbití je zapotřebí další energie, takže se zvýší bod varu a bod tání. Podle ukazatelů hustota plynu, v intervalu blížícím se bodu varu (+19,5) fluorovodík sestává z agregátů s průměrným složením HF_2. Při zahřátí nad 25 ^oS těmito komplexy se postupně rozkládá a při teplotě kolem 90 ° C ^oS vodíkem tvoří fluorid molekuly HF.

Jaký je fluorfluorid

Metody pro získání látky, které nejsou v laboratorních podmínkách, které jsme již zmínili, a v průmyslu, prakticky nic neliší mezi sebou: činidla jsou všechny stejné fluorit (fluorit) a kyselý síran.

A ložisek nerostných surovin je uspořádána v Primorye Zabaikalye, Mexiko, USA, první obohacené flotací, a pak se používají v technologickém procesu HF, která se provádí ve speciálních ocelových pecích. Nakládají rudu a smísí s kyselinou sírovou. Obohacená ruda obsahuje 55-60% fluoritu_. Stěny pece jsou lemovány olověnými plechy, které zachycují fluorovodík. Vyčistí se v promývací koloně, ochladí se a pak kondenzuje. K výrobě fluorovodíku se používají rotační pece, nepřímo vytápěné elektřinou. Hmotnostní podíl HF na výstupu je přibližně 0,98, ale tento proces má své nevýhody. Je poměrně dlouhá a vyžaduje vysokou spotřebu kyseliny sírové.

Polarita molekul HF

Bezvodý fluorovodík se skládá z částic, které mají schopnost navzájem se vázat a tvoří agregáty. To je vysvětleno vnitřní strukturou molekuly. Mezi atomy vodíku a fluoru je silná chemická vazba, tzv. polární kovalentní. Je představován společným elektronickým párem přemístěným na více elektonentativní atom fluoru. Z tohoto důvodu se molekuly fluoridového hydridu stávají polární a mají formu dipolů.

Mezi nimi vznikají síly elektrostatické přitažlivosti, které vedou k vzhledu spolupracovníků. Délka chemické vazby mezi atomy vodíku a fluoru je 92 nm a jeho energie je 42 kJ / mol. Jak v plynném tak v kapalném stavu, látka sestává z polymerní směsi formy H₂F₂, H₄F₄.

Chemické vlastnosti

Bezvodý fluorovodík má schopnost interagovat se solemi karbonátových, křemičitanových, dusitanových a sulfidových kyselin. S oxidačními vlastnostmi redukuje HF výše uvedené sloučeniny na oxid uhličitý, tetrafluorid křemíku, sírovodík a oxidy dusíku. Vodný roztok 40% fluorovodíku ničí beton, sklo, kůži, kaučuk a také interaguje s některými oxidy, například Cu₂O. Ve výrobcích se nachází volná měď, fluorid mědi a voda. Existuje skupina látek, s nimiž HF nereaguje, například těžké kovy, stejně jako hořčík, železo, hliník, nikl.

Vodný roztok fluorovodíku

Říká se tomu kyselina fluorovodíková a používá se ve formě 40% a 72% roztoků. Fluorovodík, charakteristika jeho chemických vlastností závisí na jeho koncentraci, neomezeně se rozpouští ve vodě. V tomto případě se uvolňuje teplo, které charakterizuje tento proces jako exotermní. Jako kyselina středně silné, vodný roztok HF interaguje s kovy (substituční reakce). Vznikají soli - fluoridy - a uvolňuje se vodík. Pasivní kovy - platina a zlato, stejně jako olovo - nereagují s kyselinou fluorovodíkovou. Kyselina prochází skrze ni, tzn. Vytváří ochrannou fólii na kovovém povrchu, skládající se z nerozpustného fluoridu olova. Vodný roztok HF může obsahovat nečistoty železa, arsen, dioxid síry, v tomto případě se nazývá průmyslová kyselina. Koncentrovaný 60% roztok HF je důležitý v chemii organické syntézy. Skladuje se v polyetylenových nebo teflonových kontejnerech a v ocelových cisternách se přepravuje kyselina fluorovodíková s velkou kapacitou.

Role kyseliny fluorovodíkové v národním hospodářství

Roztok fluorovodíku se používá k výrobě borofluoridu amonného, ​​který je součástí tavidel v železné a neželezné metalurgii. Používá se také v procesu elektrolýzy k výrobě čistého bóru. Kyselina fluorovodíková se používá při výrobě silikofluoridů, například jako je Na₂SiF_6.. Používá se k výrobě cementů a smaltu odolných vůči působení minerálních kyselin.

Plováky dodávají stavebním materiálům vodotěsnost. V procesu jejich aplikace je třeba dbát na to, protože všechny silikofluoridy jsou toxické. Vodný roztok HF se také používá při výrobě syntetických mazacích olejů. Na rozdíl od minerální, zachovávají viskozitu a tvoří ochranný film na povrchu pracovní části, kompresorů, převodovek, ložisek a to jak při vysokých a při nízkých teplotách. Velmi důležité je vodný fluorid vodík v leptání (rohože) skla, stejně jako v polovodičovém průmyslu, kde se používá křemíkové leptání.

Fluorované plasty

Nejoblíbenější z nich je teflon (fluoroplast - 4). Byl objeven náhodou. Organické lékárna Roy J. Plunkett, zabývající syntéza freony, nalezené v lahvích s plynným ethylenu cheteryhhloristym skladovány při mimořádně nízké teplotě ne plynu, ve formě bílého prášku, mastnou na dotek. Ukázalo se, že při vysokém tlaku a nízkoteplotním polymerizaci tetrafluorethylenu.

Tato reakce vedla k vytvoření nové plastické hmoty. Následně se nazýval Teflon. Má výjimečnou odolnost proti teplu a mrazu. Teflonové nátěry se úspěšně používají v potravinářství, chemickém průmyslu, při výrobě nádob s nelepivými vlastnostmi. Dokonce i v 70. letech ^oVýrobky vyrobené z fluoroplastu - 4 neztrácejí své vlastnosti. Výjimečná je vysoká chemická inertnost teflonu. Nedochází k rozkladu při styku s korozními látkami - zásadami a kyselinami. To je velmi důležité pro zařízení používaná v technologických procesech pro výrobu dusičnanových a sulfátových kyselin, hydroxid amonný, louh sodný. Fluorocarbon polymer může obsahovat další složky - modifikátory, jako je například sklo nebo kovy, tak, že změní své vlastnosti, jako zvýšenou tepelnou odolnost a trvanlivost.

Disociace fluorovodíku

Již dříve jsme se zmínili, že forma silné kovalentní vazby, kromě toho, že jsou samy o sobě schopny spojovat do agregátů, které tvoří vodíkové vazby v molekulách HF. To je důvod, proč fluorovodík má nízký stupeň disociace a je špatně rozložen na ionty ve vodném roztoku. Kyselina fluorovodíková je slabší než chlorid nebo bromid. Tyto rysy jeho disociace vysvětlují existenci perzistentních, kyselých solí, zatímco je nevytváří ani chlorid ani jód. Disociační konstanta vodného roztoku fluorovodíku je 7x10^-4, což je potvrzeno skutečností, že ve svém řešení existuje velké množství nespojených molekul a nízký obsah vodíkových iontů a fluoru.

Fluorhydrid je nebezpečný

Je třeba poznamenat, že plynný i kapalný fluorovodík jsou toxické. Kód látky je 0342. Kyselina fluorovodíková má také narkotické vlastnosti. O jeho vlivu na lidské tělo se zastavíme o něco později. V klasifikátoru je tato látka, stejně jako bezvodý fluorfluorid, ve druhé třídě nebezpečí. Toto je vysvětleno především schopností sloučenin fluoru snadno vznítit. Zejména je tato vlastnost obzvláště patrná u sloučeniny, jako je plynný fluorovodík, jehož nebezpečí požáru a výbuchu je obzvláště vysoké.

Proč určit hladinu fluorovodíku ve vzduchu

V průmyslové výrobě HF, získané z kazivce a kyseliny sírové jsou možné ztráty plynného produktu, který spojuje do atmosféry. Připomeňme, že fluorovodík (druh nebezpečnosti je druhým) - látka je vysoce toxická a vyžaduje konstantní měření koncentrace. V průmyslových emisí obsahuje velké množství škodlivých a potenciálně nebezpečných chemikálií, zejména dusíku a oxidů síry, sulfidy těžkých kovů a plynného halogenovodíků. Mezi nimi patří velké množství fluorovodíku, jehož maximální koncentrace v okolním vzduchu je 0,005 mg / m³ z hlediska fluoridu za den. U výrobních míst, kde jsou umístěny bubnové pece, by měla být maximální přípustná koncentrace (MPC) 0, 1 mg / m³.

Analyzátory plynného fluorovodíku

Chcete-li zjistit, jaké škodlivé plyny a kolik se dostalo do atmosféry, existují speciální měřicí přístroje. Pro detekci HF par za použití Fotokolorimetrická analyzátorů plynů, které se používají jako žárovky a LED diody jsou polovodičové světelné zdroje a fotodiod a fototranzistory slouží jako fotodetektory. Stanovení fluorovodíku v atmosférickém vzduchu se provádí také analyzátory infračerveného plynu. Jsou poměrně citliví. HF molekuly absorbují dlouhotrvající vlnové záření v rozmezí 1-15 mikronů. Tyto přístroje používané pro stanovení toxických odpadů ve vzduchu a v pracovní oblasti průmyslových podniků, pevné kmitání koncentrace HF a to jak v rámci povolené rychlosti a jediný extrémních případech (technogenními katastrofy, poruchy technologických cyklů v důsledku poškození napájení a tak dále. D.). Tyto funkce jsou prováděny analyzátorem fluorovodíku měřícím tepelnou vodivost. Prom. rozlišují emise na základě závislosti tepelné vodivosti HF na složení plynné směsi.

Škodlivý účinek hydrofluoridu na lidské tělo

Oba bezvodé fluorovodík a kyselina fluorovodíková, který je roztokem ve vodě, patří do druhé třídy nebezpečí. Zejména negativně tyto sloučeniny ovlivňují životně důležité systémy: kardiovaskulární, vylučovací, respirační, stejně jako kůže a sliznice. Penetrace látky skrze kůži projde nepovšimnutou a asymptomatickou. Fenomy toxické toxicity se mohou projevit na další den a jsou diagnostikovány jako lavinové, a to: kůže se rozvine, na povrchu slizničních očí se vytvářejí popáleniny. Plicní tkáň je zničena v důsledku nekrotických lézí alveol. Fluorové ionty, které se dostávají do mezibuněčné tekutiny, proniknou do buněk a vázají v nich částice hořčíku a vápníku, které jsou součástí nervového tkáně, krve a ledvinových kanálků - struktury nefronů. Proto je obzvláště důležité pečlivě sledovat obsah plynných fluorovodíků a par kyseliny fluorovodíkové v atmosféře.