Fluorowodór - Hydrogen fluoride

Fluorowodór
Fluorowodór.svg
Wodór-fluoride-2D-dimensions.svg
Fluorowodór-3D-vdW.svg
Nazwy
Inne nazwy
Fluoran
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
CZEBI
ChemSpider
Karta informacyjna ECHA 100.028.759 Edytuj to na Wikidata
KEGG
Identyfikator klienta PubChem
Numer RTECS
UNII
Numer ONZ 1052
  • InChI=1S/FH/h1H sprawdzaćTak
    Klucz: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N sprawdzaćTak
  • InChI=1/FH/h1H
    Klucz: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYAC
  • F
Nieruchomości
HF
Masa cząsteczkowa 20,006  g·mol -1
Wygląd zewnętrzny bezbarwny gaz lub bezbarwna ciecz (poniżej 19,5 °C)
Gęstość 1,15 g/L, gaz (25 °C)
0,99 g/mL, ciecz (19,5°C)
1,663 g/mL, ciało stałe (–125 °C)
Temperatura topnienia -83,6 ° C (-118,5 ° F; 189,6 K)
Temperatura wrzenia 19,5 ° C (67,1 ° F; 292,6 K)
całkowicie mieszalny (ciecz)
Ciśnienie pary 783 mmHg (20 °C)
Kwasowość (p K a ) 3,17 (w wodzie),

15 (w DMSO)

Kwas sprzężony Fluoronu
Podstawa sprzężona Fluorek
1.00001
Struktura
Liniowy
1,86 D
Termochemia
8,687 J/g K (gaz)
-13,66 kJ/g (gaz)
-14,99 kJ/g (ciecz)
Zagrożenia
Piktogramy GHS GHS05: żrący GHS06: Toksyczny
Hasło ostrzegawcze GHS Niebezpieczeństwo
H300 , H310 , H314 , H330
P260 , P262 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301+310 , P301+330+331 , P302+350 , P303+361+353 , P304+340 , P305+351+338 , P310 , P320 , P321 , P322 , P330 , P361 , P363 , P403+233 , P405 , P501
NFPA 704 (ognisty diament)
4
0
1
Dawka lub stężenie śmiertelne (LD, LC):
1276 ppm (szczur, 1 godz.)
1774 ppm (małpa, 1 godz.)
4327 ppm (świnka morska, 15 min)
313 ppm (królik, 7 godz.)
NIOSH (limity ekspozycji dla zdrowia w USA):
PEL (dopuszczalne)
 TWA 3 ppm
REL (zalecane)
 TWA 3 ppm (2,5 mg/m 3 ) C 6 ppm (5 mg/m 3 ) [15 minut]
IDLH (Bezpośrednie niebezpieczeństwo)
 30 str./min
Związki pokrewne
Inne aniony
Chlorowodór
bromowodoru
wodoru jodek
astatowodór
Inne kationy
Fluorek sodu Fluorek
potasu Fluorek
rubidu Fluorek
cezu
Związki pokrewne
 Woda
amoniakalna
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
sprawdzaćTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu

Fluorowodór jest związek chemiczny o wzorze chemicznym HF. Ten bezbarwny gaz lub ciecz jest głównym przemysłowym źródłem fluoru , często w postaci roztworu wodnego zwanego kwasem fluorowodorowym . Jest ważnym surowcem do wytwarzania wielu ważnych związków, w tym farmaceutyków i polimerów, np. politetrafluoroetylenu (PTFE). HF jest szeroko stosowany w przemyśle petrochemicznym jako składnik superkwasów . Fluorowodór wrze w temperaturze zbliżonej do pokojowej, znacznie wyższej niż inne halogenki wodoru .

Fluorowodór jest bardzo niebezpiecznym gazem, który w kontakcie z wilgocią tworzy żrący i przenikający kwas fluorowodorowy. Gaz może również spowodować ślepotę poprzez szybkie zniszczenie rogówki .

Historia

W 1771 Carl Wilhelm Scheele przygotował wodny roztwór kwasu fluorowodorowego w dużych ilościach, chociaż kwas fluorowodorowy był wcześniej znany w przemyśle szklarskim . Francuski chemik Edmond Frémy (1814-1894) przypisuje się odkryciu bezwodnego fluorowodoru (HF) podczas próby wyizolowania fluoru .

Struktura i reakcje

Struktura łańcuchów HF w krystalicznym fluorowodorze.

Chociaż cząsteczka dwuatomowa, HF tworzy stosunkowo silne międzycząsteczkowe wiązania wodorowe . Stały HF składa się z zygzakowatych łańcuchów cząsteczek HF. Cząsteczki HF, z krótkim wiązaniem H-F 95 μm, są połączone z sąsiednimi cząsteczkami przez międzycząsteczkowe odległości H-F 155 μm. Ciekły HF również składa się z łańcuchów cząsteczek HF, ale łańcuchy są krótsze i składają się średnio tylko z pięciu lub sześciu cząsteczek.

Porównanie z innymi halogenowodorami

Fluorowodór nie wrze aż do 20 ° C w przeciwieństwie do cięższych halogenków wodoru, które wrze między -85 ° C (-120 ° F) i -35 ° C (-30 ° F). To wiązanie wodorowe między cząsteczkami HF powoduje wzrost wysokiej lepkości w fazie ciekłej i niższe niż oczekiwane ciśnienie w fazie gazowej.

Roztwory wodne

Główny artykuł: kwas fluorowodorowy

HF miesza się z wodą (rozpuszcza się w dowolnej proporcji). W przeciwieństwie do tego inne halogenowodory wykazują ograniczenia rozpuszczalności w wodzie. Fluorowodór tworzy monohydrat HF . H 2 O o tt -40 ° C (-40 ° F), czyli o 44 ° C (79 ° F) powyżej temperatury topnienia czystego HF.

Podobieństwa HF i H 2 O
wykres przedstawiający przełomowe temperatury wody i wrzenia HF: duże skoki w porównaniu z trendem spadkowym przy niższej masie cząsteczkowej dla innych członków serii. wykres przedstawiający garby temperatury topnienia, najbardziej widoczny jest przy HF 50% ułamka molowego
Temperatury wrzenia halogenków wodoru (kolor niebieski) i chalkogenków wodoru (kolor czerwony): trendy przełamania HF i H 2 O. Punkt zamrażania HF / H 2 O mieszaniny: strzałki wskazują związki w stanie stałym.

Wodne roztwory HF nazywane są kwasem fluorowodorowym . Rozcieńczony kwas fluorowodorowy zachowuje się jak słaby kwas, w przeciwieństwie do innych kwasów halogenowodorowych, ze względu na tworzenie się par jonowych związanych wiązaniami wodorowymi [ H
3O+
·F − ]. Jednak stężone roztwory są mocnymi kwasami, ponieważ przeważają aniony wodorofluorkowe , a nie pary jonowe. W ciekłym bezwodnym HF zachodzi samojonizacja :

3 HF ⇌ H 2 F + + HF−
2

który tworzy bardzo kwaśną ciecz ( H 0  = -15,1 ).

Reakcje z kwasami Lewisa

Podobnie jak woda, HF może działać jak słaba zasada, reagując z kwasami Lewisa dając superkwasy . Hammetta funkcja kwasowość ( H 0 ) w -21 uzyskuje się pentafluorku antymonu (SBF 5 ), tworząc Kwas Fluoroantymonowy .

Produkcja

Fluorowodór powstaje w wyniku działania kwasu siarkowego na czyste gatunki fluorytu mineralnego :

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4 Reakcja jest endotermiczna.

Około 20% produkowanego HF jest produktem ubocznym produkcji nawozów, w wyniku którego powstaje kwas heksafluorokrzemowy . Kwas ten może ulec degradacji, aby uwolnić HF termicznie i przez hydrolizę:

H 2 SiF 6 → 2 HF + SiF 4
SiF 4 + 2 H 2 O → 4 HF + SiO 2

Posługiwać się

Ogólnie rzecz biorąc, bezwodny związek fluorowodoru jest bardziej powszechny w przemyśle niż jego roztwór wodny, kwas fluorowodorowy . Jego główne zastosowania, na podstawie tonażu, to prekursor związków fluoroorganicznych i prekursor kriolitu do elektrolizy aluminium.

Prekursor związków fluoroorganicznych

HF reaguje z chlorowęglowodorami dając fluorowęglowodory. Ważnym zastosowaniem tej reakcji jest produkcja tetrafluoroetylenu (TFE), prekursora teflonu . Chloroform jest fluorowany przez HF w celu wytworzenia chlorodifluorometanu (R-22):

CHCI 3 + 2 HF → CHClF 2 + 2 HCI

Piroliza chlorodifluorometanu (w 550-750 °C) daje TFE.

HF jest reaktywnym rozpuszczalnikiem w elektrochemicznym fluorowaniu związków organicznych. W tym podejściu HF utlenia się w obecności węglowodoru, a fluor zastępuje wiązania C–H wiązaniami C–F . W ten sposób powstają perfluorowane kwasy karboksylowe i kwasy sulfonowe .

1,1-Difluoroetan jest wytwarzany przez dodanie HF do acetylenu przy użyciu rtęci jako katalizatora.

HC≡CH + 2 HF → CH 3 CHF 2

Półproduktem w tym procesie jest fluorek winylu lub fluoroetylen, monomeryczny prekursor polifluorku winylu .

Prekursor fluorków metali i fluoru

Elektrolitycznego otrzymywania aluminium, polegający na elektrolizie fluorku glinu w stopionym kriolicie. Na tonę wyprodukowanego Al zużywa się kilka kilogramów HF. Inne fluorki metali są produkowane przy użyciu HF, w tym sześciofluorek uranu .

HF jest prekursorem elementarnej fluoru , F 2 , poprzez elektrolizę roztworu HF i dwufluorek potasu . Dwufluorek potasu jest potrzebny, ponieważ bezwodny HF nie przewodzi elektryczności. Rocznie produkuje się kilka tysięcy ton F 2 .

Katalizator

HF służy jako katalizator w procesach alkilacji w rafineriach. Jest on stosowany w większości zainstalowanych na świecie liniowych instalacji do produkcji alkilobenzenu . Proces obejmuje odwodornienie n- parafin do olefin, a następnie reakcję z benzenem z zastosowaniem HF jako katalizatora. Na przykład, w oleju rafinerii „alkilat”, składnik o wysokiej oktanowa benzyna ( benzyna ), jest wytwarzana w jednostkach alkilowania, które łączą C 3 i C 4- olefin i izo- butan .

Rozpuszczalnik

Fluorowodór jest doskonałym rozpuszczalnikiem. Odzwierciedlając zdolność HF do uczestniczenia w wiązaniach wodorowych, nawet białka i węglowodany rozpuszczają się w HF i można je z niego odzyskać. W przeciwieństwie do tego, większość niefluorkowych chemikaliów nieorganicznych reaguje z HF, a nie rozpuszcza się.

Efekty zdrowotne

Główny artykuł: kwas fluorowodorowy
lewa i prawa ręka, dwa widoki, spalone palce wskazujące
Oparzenia HF, widoczne dopiero dzień później

W kontakcie z wilgocią, w tym z tkanką, fluorowodór natychmiast przekształca się w kwas fluorowodorowy , który jest silnie żrący i toksyczny. Narażenie wymaga natychmiastowej pomocy medycznej. Może powodować ślepotę poprzez szybkie zniszczenie rogówki . Wdychanie fluorowodoru na wysokim poziomie lub w połączeniu z kontaktem ze skórą może spowodować śmierć z powodu nieregularnego bicia serca lub gromadzenia się płynu w płucach.

Bibliografia

Linki zewnętrzne