Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Плавиковая кислота
Фтористый водород.JPG
Фтористый водород-3D-vdW.png
Вода-3D-vdW.png
Фторид-ион2.svg
Оксоний-ион-3D-vdW.png
Имена
Название ИЮПАК
Флуоран [1]
Другие имена
Фтористоводородная кислота
Фторид гидроксония
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
Номер ЕС
  • 231-634-8
Номер RTECS
  • MW7875000
UNII
  • InChI = 1S / FH / h1H проверитьY
    Ключ: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / FH / h1H
    Ключ: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYAC
  • F
  • [F -]. [OH3 +]
Характеристики
ВЧ (водн.)
ВнешностьБесцветная жидкость
Плотность1,15 г / мл (для 48% раствора)
Кислотность (p K a )3,17 [2]
Опасности [3]
Пиктограммы GHSКоррозионныйОстрая токсичность
Сигнальное слово GHSОпасность
H280 , H300 , H310 , H314 , H318 , H330
P260 , P262 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301 + 310 , P301 + 330 + 331 , P302 + 350 , P303 + 361 + 353 , Р304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P310 , P320 , P321 , P322 , P330 , P361 , P363 , P403 + 233 , Р405 , Р410 + 403 , Р501
NFPA 704 (огненный алмаз)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Плавиковая кислота представляет собой раствор из фтористого водорода (HF) в воде . Растворы HF бесцветные, кислые и очень коррозионные . Он используется для изготовления большинства фторсодержащих соединений; Примеры включают обычно используемый фармацевтический антидепрессант флуоксетин (прозак) и материал PTFE (тефлон). Из него получают элементарный фтор . Он обычно используется для травления стеклянных и кремниевых пластин.

Попадание фтористоводородной кислоты на кожу человека вызывает глубокие ожоги.

Использует [ редактировать ]

Производство фторорганических соединений [ править ]

Основное применение фтористоводородной кислоты - это химия фторорганических соединений . Многие фторорганические соединения получают с использованием HF в качестве источника фтора, включая тефлон , фторполимеры , фторуглероды и хладагенты, такие как фреон . Многие фармацевтические препараты содержат фтор. [4]

Производство неорганических фторидов [ править ]

Большинство неорганических фторидных соединений в больших объемах получают из плавиковой кислоты. Прежде всего, это Na 3 AlF 6 , криолит , и AlF 3 , трифторид алюминия . Расплавленная смесь этих твердых веществ служит высокотемпературным растворителем для производства металлического алюминия . Другие неорганические фториды, полученные из плавиковой кислоты, включают фторид натрия и гексафторид урана . [4]

Etchant, cleaner [ править ]

Емкости для влажного травления

Он используется в полупроводниковой промышленности в качестве основного компонента травления Wright Etch и буферного оксидного травления , которые используются для очистки кремниевых пластин . Подобным образом он также используется для травления стекла обработкой диоксидом кремния с образованием газообразных или водорастворимых фторидов кремния. Его также можно использовать для полировки и заморозки стекла. [5]

SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (г) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O

Гель плавиковой кислоты от 5% до 9% также обычно используется для протравливания всех керамических зубных реставраций для улучшения адгезии. [6] По тем же причинам разбавленная фтористоводородная кислота входит в состав бытовых пятновыводителей, в составах для чистки колес , в составах для чистки колес, в керамических и тканевых ингибиторах ржавчины, а также в пятновыводителях. [5] [7] Благодаря своей способности растворять оксиды железа, а также загрязнения на основе диоксида кремния, фтористоводородная кислота используется в пуско-наладочных котлах, вырабатывающих пар высокого давления. Плавиковая кислота также полезна для растворения образцов горных пород (обычно порошкообразных) перед анализом. Подобным образом эта кислота используется при кислотной мацерации.для извлечения органических ископаемых из силикатных пород. Ископаемые породы можно погрузить непосредственно в кислоту, или можно нанести пленку из нитрата целлюлозы (растворенную в амилацетате ), которая прилипает к органическому компоненту и позволяет породе растворяться вокруг него. [8]

Нефтепереработка [ править ]

В стандартном процессе нефтепереработки, известном как алкилирование , изобутан алкилируется низкомолекулярными алкенами (в основном смесью пропилена и бутилена ) в присутствии кислотного катализатора, полученного из плавиковой кислоты. Катализатор протонирует алкены (пропилен, бутилен) с образованием реактивных карбокатионов , которые алкилируют изобутан. Реакцию проводят при умеренных температурах (0 и 30 ° C) в двухфазной реакции.

Производство [ править ]

Плавиковая кислота была впервые получена в 1771 году Карлом Вильгельмом Шееле . [9] В настоящее время он в основном производится путем обработки минерального флюорита CaF 2 концентрированной серной кислотой при температуре ок. 265 ° С.

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4

Кислота также является побочным продуктом производства фосфорной кислоты из апатита / фторапатита . При переваривании минерала серной кислотой при повышенных температурах выделяется смесь газов, включая фтористый водород, который может быть восстановлен. [4]

Из-за своей высокой реакционной способности по отношению к стеклу плавиковая кислота хранится в пластиковых контейнерах. [4] [5]

Плавиковую кислоту можно найти в природе; он высвобождается при извержении вулканов.

Свойства [ править ]

В разбавленном водном растворе фтористый водород ведет себя как слабая кислота [10]. Инфракрасная спектроскопия использовалась, чтобы показать, что в растворе диссоциация сопровождается образованием ионной пары H
3О+
· F - . [11] [12]

ЧАС2O + 2HF ⇌ H + + F - + H 
3О+
⋅F - , pK a = 3,17

Эта ионная пара была охарактеризована в кристаллическом состоянии при очень низкой температуре. [13] Дальнейшая ассоциация была охарактеризована как в растворе, так и в твердом состоянии. [ необходима цитата ]

HF + F - ⇌ HF 2 - лог K = 0,6

Предполагается, что полимеризация происходит при увеличении концентрации. Это предположение подтверждается выделением соли тетрамерного аниона H 3 F 4 - [14] и данными низкотемпературной рентгеновской кристаллографии. [13] Не все виды, присутствующие в концентрированных водных растворах фтороводорода, охарактеризованы; В дополнение к HF 2 - который известен [11] , весьма вероятно образование других полимерных частиц, H n-1 F n - .

Функция кислотности Гаммета , H 0 , для 100% HF оценивается между -10,2 и -11. [15], что сопоставимо со значением -12 для серной кислоты . [16] [17]

Растворы плавиковой кислоты разрушают стекло, поэтому их хранят и используют в сосудах из тефлона . Они нападают на кожу человека , поэтому с ними необходимо обращаться с большой осторожностью: см. Раздел # Здоровье и безопасность ниже.

Кислотность [ править ]

В отличие от других галогеноводородных кислот, таких как соляная кислота , фтористый водород является только слабой кислотой в разбавленном водном растворе. [18] Это частично является результатом прочности связи водород-фтор, но также и других факторов, таких как склонность HF, H
2O и F-
анионы с образованием кластеров. [19] При высоких концентрациях молекулы HF подвергаются гомоассоциации с образованием многоатомных ионов (таких как бифторид , HF-
2) и протоны , что значительно увеличивает кислотность. [20] Это приводит к протонированию очень сильных кислот, таких как соляная, серная или азотная, при использовании концентрированных растворов фтористоводородной кислоты. [21] Хотя фтористоводородная кислота считается слабой кислотой, она очень коррозионная, даже разрушая стекло при гидратации. [20]

Кислотность растворов плавиковой кислоты изменяется в зависимости от концентрации из -за взаимодействий с водородными связями фторид-иона. Разбавленные растворы являются слабокислыми с константой кислотной ионизации K a  = 6,6 × 10 - 4 (или p K a  = 3,18 ) [10] в отличие от соответствующих растворов других галогенидов водорода, которые являются сильными кислотами ( p K a  < 0 ). Концентрированные растворы фтористого водорода намного более кислотны, чем подразумевается этим значением, как показали измерения функции кислотности Гамметта H 0 [15](или «эффективный pH»). Значение H 0 для 100% HF оценивается в диапазоне от -10,2 до -11, что сравнимо со значением -12 для серной кислоты . [16] [17]

С термодинамической точки зрения, растворы HF в высшей степени неидеальны , поскольку активность HF возрастает намного быстрее, чем его концентрация. Слабая кислотность разбавленного раствора иногда объясняется высокой прочностью связи H-F , которая в сочетании с высокой энтальпией растворения HF перевешивает более отрицательную энтальпию гидратации фторид-иона. [22] Поль Жигер и Сильвия Туррелл [11] [12] показали с помощью инфракрасной спектроскопии, что преобладающими веществами в разбавленном растворе являются пары ионов с водородными связями H
3О+
· F - . [23]

ЧАС2O + HF ⇌ H
3О+
⋅F -

С увеличением концентрации HF увеличивается и концентрация иона дифторида водорода . [11] Реакция

3 ВЧ ВЧ 2 - + H 2 F +

является примером гомоконъюгирования .

Здоровье и безопасность [ править ]

Ожог руки плавиковой кислотой
Основная статья: Ожог плавиковой кислотой

Плавиковая кислота является не только очень коррозионной жидкостью, но и мощным контактным ядом . Из-за способности фтористоводородной кислоты проникать в ткани отравление может легко произойти при контакте с кожей или глазами, а также при вдыхании или проглатывании. Симптомы воздействия фтористоводородной кислоты могут быть не сразу очевидны, и это может дать ложную уверенность жертвам, заставляя их откладывать лечение. [24] Несмотря на раздражающий запах, HF может достигать опасного уровня без явного запаха. [5] ВЧ нарушает функцию нервов, а это означает, что первоначально ожоги могут быть безболезненными. Случайные воздействия могут остаться незамеченными, отсрочить лечение и увеличить степень и серьезность травмы. [24]Симптомы воздействия HF включают раздражение глаз, кожи, носа и горла, ожоги глаз и кожи, ринит , бронхит , отек легких (скопление жидкости в легких) и повреждение костей. [25]

Популярная культура [ править ]

В эпизоде 4-го сериала «Цепная реакция» британской медицинской драмы « Несчастный случай» в результате дорожно-транспортного происшествия происходит утечка фтористоводородной кислоты, которая проверяет ресурсы департамента и приводит к смерти полицейского и серьезным ожогам других автомобилистов. В этом эпизоде ​​реалистично изображены действия пожарной службы в случае утечки химического вещества.

В эпизоде ​​сериала « Во все тяжкие» под названием « Кошка в мешке ... » Джесси Пинкман использует плавиковую кислоту, чтобы растворить тело Эмилио Коямы. В другом эпизоде, « Резак для коробок », Уолтер Уайт и Джесси Пинкман используют плавиковую кислоту для растворения тела Виктора.

В фильме « Пила VI» плавиковая кислота используется для убийства Уильяма Истона. В фильме « Головоломка» Карли убита плавиковой кислотой, введенной в ее кровоток.

В эпизоде ​​« Титанов» под названием «Джейсон Тодд» молодой Дик Грейсон утверждает, что убийца его родителей использовал фтористоводородную кислоту, чтобы сжечь веревки трапеции.

В трех сегментах видеоигры Zero Time Dilemma под названием «Первым пришел, первым был спасен», каждой из трех команд участников предоставляется возможность нажать кнопку, которая активирует душ плавиковой кислоты, который льется на две другие команды. Процесс коррозии кислоты описан и изображен как достаточно быстрый, чтобы расплавить все, от металла и стекла до всего тела крупного взрослого мужчины за считанные секунды, оставив после себя лишь небольшое количество ткани.

См. Также [ править ]

  • Разложение паровой фазы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фавр, Анри А .; Пауэлл, Уоррен Х., ред. (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные наименования 2013 . Кембридж: Королевское химическое общество . п. 131. ISBN. 9781849733069.
  2. ^ Харрис, Дэниел С. (2010). Количественный химический анализ (8-е международное издание). Нью-Йорк: WH Freeman. С. AP14. ISBN 978-1429263092.
  3. ^ "Плавиковая кислота" . PubChem . Национальный институт здоровья . Проверено 12 октября 2017 года .
  4. ^ a b c d Aigueperse, Жан; Моллард, Поль; Девилье, Дидье; Chemla, Marius; Фарон, Роберт; Романо, Рене; Куэр, Жан-Пьер (2000). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_307 .
  5. ^ a b c d "CDC - База данных по безопасности и охране здоровья при чрезвычайных ситуациях: Системный агент: ФТОРИД ВОДОРОДА / ФТОРОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА - NIOSH" . www.cdc.gov . Проверено 4 декабря 2015 .
  6. ^ Крейг, Роберт (2006). Реставрационные стоматологические материалы Крейга . Сент-Луис, Миссури: Мосби Эльзевьер. ISBN 0-323-03606-6. OCLC  68207297 .
  7. ↑ Страчан, Джон (январь 1999 г.). «Смертельное полоскание: опасность плавиковой кислоты» . Профессиональная мойка и детализация автомобилей . 23 (1). Архивировано из оригинального 25 апреля 2012 года.
  8. ^ Эдвардс, Д. (1982). «Фрагментарные несосудистые микрофоссилии растений из позднего силурия Уэльса». Ботанический журнал Линнеевского общества . 84 (3): 223–256. DOI : 10.1111 / j.1095-8339.1982.tb00536.x .
  9. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . п. 921. ISBN 978-0-08-022057-4.
  10. ^ a b Ральф Х. Петруччи; Уильям С. Харвуд; Джеффри Д. Мадура (2007). Общая химия: принципы и современные приложения . Пирсон / Прентис Холл. п. 691. ISBN. 978-0-13-149330-8. Проверено 22 августа 2011 года .
  11. ^ a b c d Giguère, Поль А .; Террелл, Сильвия (1980). «Природа плавиковой кислоты. Спектроскопическое исследование комплекса переноса протона H.
    3    О+
    ... F - .» . , J. Am Chem Soc. , . 102 (17): 5473. DOI : 10.1021 / ja00537a008 .
  12. ^ a b Раду Ифтимие; Вибин Томас; Сильвен Плесси; Патрик Маршан; Патрик Айотте (2008). «Спектральные сигнатуры и молекулярное происхождение промежуточных продуктов диссоциации кислоты». Варенье. Chem. Soc. 130 (18): 5901–7. DOI : 10.1021 / ja077846o . PMID 18386892 .  
  13. ^ а б Mootz, D. (1981). «Кристаллохимическая корреляция с аномалией плавиковой кислоты». Энгью. Chem. Int. Эд. Англ . 20 (123): 791. DOI : 10.1002 / anie.198107911 .
  14. ^ Bunič, Тина; Трамшек, Мелита; Горешник Евгений; Шемва, Борис (2006). «Трехводородный тетрафторид бария состава Ba (H 3 F 4 ) 2 : первый пример гомолептической металлической среды HF». Науки о твердом теле . 8 (8): 927–931. Bibcode : 2006SSSci ... 8..927B . DOI : 10.1016 / j.solidstatesciences.2006.02.045 .
  15. ^ а б Хайман, Герберт Н .; Килпатрик, Мартин; Кац, Джозеф Дж. (1957). «Функция кислотности H 0 по Хаммету для растворов плавиковой кислоты». Журнал Американского химического общества . Американское химическое общество (ACS). 79 (14): 3668–3671. DOI : 10.1021 / ja01571a016 . ISSN 0002-7863 . 
  16. ^ a b Веселый, Уильям Л. (1991). Современная неорганическая химия . Макгроу-Хилл. п. 203. ISBN 0-07-032768-8. OCLC  22861992 .
  17. ^ a b Хлопок, FA ; Уилкинсон, Г. (1988). Высшая неорганическая химия (5-е изд.). Нью-Йорк: Вили. п. 109. ISBN 0-471-84997-9. OCLC  16580057 .
  18. ^ Виберг, Эгон; Виберг, Нильс; Холлеман, Арнольд Фредерик (2001). Неорганическая химия . Сан-Диего: Academic Press. п. 425. ISBN 978-0-12-352651-9.
  19. ^ Кларк, Джим (2002). «Кислотность галогенидов водорода» . Проверено 4 сентября 2011 года .
  20. ^ a b Камеры, C .; Холлидей, АК (1975). Современная неорганическая химия (Промежуточный текст) (PDF) . Группа Баттерворта. С. 328–329. Архивировано из оригинального (PDF) 23 марта 2013 года.
  21. ^ Hannan, Генри Дж (2010). Курс химии для IIT-JEE 2011 . Tata McGraw Hill Education Private Limited. С. 15–22. ISBN 9780070703360.
  22. ^ С. Е. Housecroft и А. Г. Шарп "неорганическая химия" (Pearson Prentice Hall, 2е изд. 2005), стр. 170.
  23. ^ Коттон и Уилкинсон (1988) , стр. 104
  24. ^ а б Ямасита М, Ямасита М, Судзуки М, Хираи Х, Кадзигая Х (2001). «Ионофоретическая доставка кальция при экспериментальных ожогах плавиковой кислотой». Крит. Care Med . 29 (8): 1575–8. DOI : 10.1097 / 00003246-200108000-00013 . PMID 11505130 . S2CID 45595073 .  
  25. ^ "CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям - фтористый водород" . www.cdc.gov . Проверено 28 ноября 2015 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Международная карта химической безопасности 0283
  • Карманный справочник NIOSH по химической опасности
  • CID 14917 от PubChem (HF)
  • CID 144681 от PubChem (5HF)
  • CID 141165 от PubChem (6HF)
  • CID 144682 от PubChem (7HF)
  • «Жжение плавиковой кислотой» , Медицинский журнал Новой Англии - тематическое исследование кислотного ожога