Фтористый водород

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 , Р501

NFPA 704 (огненный алмаз)

4

0

1

Смертельная доза или концентрация (LD, LC):

ЛК ₅₀ ( средняя концентрация )

1276 частей на миллион (крыса, 1 час)
1774 частей на миллион (обезьяна, 1 час)
4327 частей на миллион (морская свинка, 15 минут) ^[3]

LC _Lo ( самый низкий опубликованный )

313 частей на миллион (кролик, 7 часов) ^[3]

NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):

PEL (Допустимо)

TWA 3 частей на миллион ^[1]

REL (рекомендуется)

TWA 3 ppm (2,5 мг / м ³ ) C 6 ppm (5 мг / м ³ ) [15 минут] ^[1]

IDLH (Непосредственная опасность)

30 страниц в минуту ^[1]

Родственные соединения

Другие анионы

Хлористый
водород Бромистый
водород Йодистый
водород Астатид водорода

Другие катионы

Фторид натрия Фторид
калия Фторид
рубидия Фторид
цезия

Родственные соединения

Вода
Аммиак

Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).

проверить ( что есть ?)^YN

Ссылки на инфобоксы

Фтористый водород - это химическое соединение с химической формулой HF. Этот бесцветный газ или жидкость является основным промышленным источником фтора , часто в виде водного раствора, называемого плавиковой кислотой . Он является важным сырьем для получения многих важных соединений, включая фармацевтические препараты и полимеры, например политетрафторэтилен (ПТФЭ). HF широко используется в нефтехимической промышленности как компонент суперкислот . Фтористый водород кипит около комнатной температуры, что намного выше, чем у других галогенидов водорода .

Фтористый водород - очень опасный газ, образующий коррозионную проникающую фтористоводородную кислоту при контакте с влагой. Газ также может вызвать слепоту из-за быстрого разрушения роговицы .

История [ править ]

В 1771 году Карл Вильгельм Шееле приготовил водный раствор плавиковой кислоты в больших количествах, хотя фтористоводородная кислота была известна в стекольной промышленности до этого. Французскому химику Эдмонду Фреми (1814–1894) приписывают открытие безводного фтористого водорода (HF) при попытке выделить фтор .

Структура и реакции [ править ]

Хотя HF является двухатомной молекулой, он образует относительно прочные межмолекулярные водородные связи . Твердый HF состоит из зигзагообразных цепочек молекул HF. Молекулы HF с короткой связью H – F 95 пм связаны с соседними молекулами межмолекулярными расстояниями H – F 155 пм. ^[4] Жидкий HF также состоит из цепочек молекул HF, но цепи короче и состоят в среднем только из пяти или шести молекул. ^[5]

Сравнение с другими галогенидами водорода [ править ]

Фтористый водород не кипит до 20 ° C, в отличие от более тяжелых галогенидов водорода, которые кипят между -85 ° C (-120 ° F) и -35 ° C (-30 ° F). ^[6]^[7]^[8] Эта водородная связь между молекулами HF приводит к высокой вязкости в жидкой фазе и более низкому, чем ожидалось, давлению в газовой фазе.

Водные растворы [ править ]

HF смешивается с водой (растворяется в любых пропорциях). Напротив, другие галогениды водорода проявляют ограниченную растворимость в воде. Фтористый водород образует моногидрат HF ^.H ₂ O с т.пл. -40 ° C (-40 ° F), что на 44 ° C (79 ° F) выше точки плавления чистого HF. ^[9]

HF и H ₂ O сходства

Температуры кипения галогенидов водорода (синий) и халькогенидов водорода (красный): HF и H ₂ O изменяют тенденции.	Температура замерзания смесей HF / H ₂ O: стрелки указывают соединения в твердом состоянии.

Водные растворы HF называются плавиковой кислотой . В разбавленном состоянии фтористоводородная кислота ведет себя как слабая кислота, в отличие от других галогеноводородных кислот, из-за образования ионных пар с водородными связями [ H
3О+
· F ^- ]. Однако концентрированные растворы являются сильными кислотами, потому что преобладают анионы бифторида , а не ионные пары. В жидком безводном HF происходит самоионизация : ^[10]^[11]

3 HF ⇌ H ₂ F ⁺ + HF^-
₂

который образует чрезвычайно кислую жидкость ( $H 0$ $= -15,1$ ).

Реакции с кислотами Льюиса [ править ]

HF реагирует с кислотами Льюиса с образованием суперкислоты . Функция кислотности Гаммета ( H ₀ ), равная -21, получается с пентафторидом сурьмы (SbF ₅ ), который образует фторантимоновую кислоту . ^[12]^[13]

Производство [ править ]

Фтористый водород получают действием серной кислоты на чистые сорта минерального флюорита : ^[14]

CaF ₂ + H ₂ SO ₄ → 2 HF + CaSO ₄

Около 20% производимого HF является побочным продуктом производства удобрений, при котором образуется гексафторкремниевая кислота . Эта кислота может быть разложена с выделением HF термически и путем гидролиза:

H ₂ SiF ₆ → 2 HF + SiF ₄

SiF ₄ + 2 H ₂ O → 4 HF + SiO ₂

Используйте [ редактировать ]

В общем, безводный фтористый водород является более распространенным в промышленности, чем его водный раствор, фтористоводородная кислота . Его основное применение в тоннах - это прекурсор фторорганических соединений и прекурсор криолита для электролиза алюминия. ^[14]

Прекурсор фторорганических соединений [ править ]

HF реагирует с хлороуглеродами с образованием фторуглеродов. Важным применением этой реакции является производство тетрафторэтилена (ТФЭ), предшественника тефлона . Хлороформ фторируется HF с образованием хлордифторметана (R-22): ^[14]

CHCl ₃ + 2 HF → CHClF ₂ + 2 HCl

Пиролиз хлордифторметана (при 550-750 ° C) дает ТФЭ.

HF является реактивным растворителем при электрохимическом фторировании органических соединений. При таком подходе, КВ окисляются в присутствии углеводорода , и фтор замещает С-Н св зи с С-F облигациями . Таким образом получают перфторированные карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты . ^[15]

1,1-Дифторэтан получают путем добавления HF к ацетилену с использованием ртути в качестве катализатора. ^[15]

HC≡CH + 2 HF → CH ₃ CHF ₂

Промежуточным продуктом в этом процессе является винилфторид или фторэтилен, мономерный предшественник поливинилфторида .

Прекурсор фторидов металлов и фтора [ править ]

Электро извлечение алюминия основывается на электролизе фторида алюминия в расплавленном криолите. На тонну произведенного алюминия расходуется несколько килограммов HF. Другие фториды металлов производятся с использованием HF, включая гексафторид урана . ^[14]

HF является предшественником элементарного фтора F ₂ путем электролиза раствора HF и бифторида калия . Бифторид калия необходим, потому что безводный HF не проводит электричество. Ежегодно производится несколько тысяч тонн F ₂ . ^[16]

Катализатор [ править ]

HF служит катализатором в процессах алкилирования на нефтеперерабатывающих заводах. Он используется на большинстве установленных производств линейного алкилбензола в мире. Процесс включает дегидрирование н- парафинов до олефинов и последующую реакцию с бензолом с использованием HF в качестве катализатора. Например, в нефтеперерабатывающих заводах «алкилат», компонент с высоким октановым число бензина ( бензин ), генерируются в единицах алкилирования, которые сочетают в себе С ₃ и С ₄ олефинов и изо изобутан . ^[14]

Растворитель [ править ]

Фтороводород - отличный растворитель. Отражая способность HF участвовать в образовании водородных связей, даже белки и углеводы растворяются в HF и могут извлекаться из него. Напротив, большинство нефторидных неорганических химикатов скорее реагируют с HF, чем растворяются. ^[17]

Воздействие на здоровье [ править ]

Ожоги ВЧ, проявляющиеся не раньше, чем через день

При контакте с влагой, в том числе с тканями, фтористый водород немедленно превращается в плавиковую кислоту , которая очень агрессивна и токсична. Воздействие требует немедленной медицинской помощи. ^[18] Это может вызвать слепоту из-за быстрого разрушения роговицы . Вдыхание фтороводорода в больших количествах или в сочетании с контактом с кожей может вызвать смерть от нерегулярного сердцебиения или скопления жидкости в легких. ^[18]

Ссылки [ править ]

^ a b c d Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0334» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
^ Эванс, Д.А. "pKa неорганических и оксокислот" (PDF) . Проверено 19 июня 2020 года .
^ a b «Фтористый водород» . Немедленно опасные для жизни или здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
^ Джонсон, MW; Sándor, E .; Арзи, Э. (1975). «Кристаллическая структура фторида дейтерия». Acta Crystallographica . B31 (8): 1998–2003. DOI : 10.1107 / S0567740875006711 .
^ Маклейн, Сильвия Э .; Бенмор, CJ; Siewenie, JE; Urquidi, J .; Тернер, Дж. Ф. (2004). «О структуре жидкого фтороводорода». Angewandte Chemie International Edition . 43 (15): 1952–55. DOI : 10.1002 / anie.200353289 . PMID 15065271 .
^ Полинг, Линус А. (1960). Природа химической связи и структура молекул и кристаллов: Введение в современную структурную химию . Издательство Корнельского университета. стр. 454 -464. ISBN 978-0-8014-0333-0.
^ Аткинс, Питер; Джонс, Лоретта (2008). Химические принципы: поиски понимания . WH Freeman & Co., стр. 184–185. ISBN 978-1-4292-0965-6.
^ Эмсли, Джон (1981). «Скрытая сила водорода» . Новый ученый . 91 (1264): 291–292 . Проверено 25 декабря 2012 года .
^ Гринвуд, штат Нью-Йорк; Эрншоу, А. (1998). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт Хайнеманн. С. 812–816. ISBN 0-7506-3365-4.
^ C.E. Housecroft и A.G. Sharpe Неорганическая химия , стр. 221.
^ Ф. А. Коттон и Г. Уилкинсон " Продвинутая неорганическая химия" , стр. 111.
^ W. L. Jolly "Современная неорганическая химия" (McGraw-Hill 1984), стр. 203. ISBN 0-07-032768-8 .
^ FA Коттон и Г. Уилкинсон, Продвинутая неорганическая химия (5-е изд.) Джон Вили и сыновья: Нью-Йорк, 1988. ISBN 0-471-84997-9 . п. 109.
^ а б в г д Дж. Айгеперсе, П. Моллар, Д. Девилье, М. Чемла, Р. Фарон, Р. Романо, Дж. П. Куэр (2000). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_307 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ a b Г. Зигемунд, В. Швертфегер, А. Файринг, Б. Смарт, Ф. Бер, Х. Фогель, Б. МакКусик (2005). «Соединения фтора, органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_349 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ М. Jaccaud, Р. Faron, Д. Devilliers, Р. Романо (2005). "Фтор". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_293 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ).
↑ Гринвуд и Эрншоу, «Химия элементов», стр. 816–819.
^ a b Факты о фтористом водороде (плавиковая кислота)

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме фтористого водорода .

« ATSDR - Фториды, фтороводород и фтор». Проверено 30 сентября 2019 г.
CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности
Институт сокращения использования токсичных веществ - Информационный бюллетень по фтористому водороду

[PGCH-1] Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0334» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).

[2] Эванс, Д.А. "pKa неорганических и оксокислот" (PDF) . Проверено 19 июня 2020 года .

[IDLH-3] «Фтористый водород» . Немедленно опасные для жизни или здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).

[4] Джонсон, MW; Sándor, E .; Арзи, Э. (1975). «Кристаллическая структура фторида дейтерия». Acta Crystallographica . B31 (8): 1998–2003. DOI : 10.1107 / S0567740875006711 .

[5] Маклейн, Сильвия Э .; Бенмор, CJ; Siewenie, JE; Urquidi, J .; Тернер, Дж. Ф. (2004). «О структуре жидкого фтороводорода». Angewandte Chemie International Edition . 43 (15): 1952–55. DOI : 10.1002 / anie.200353289 . PMID 15065271 .

[Pauling_HF_hydrogen_bonds-6] Полинг, Линус А. (1960). Природа химической связи и структура молекул и кристаллов: Введение в современную структурную химию . Издательство Корнельского университета. стр. 454 -464. ISBN 978-0-8014-0333-0.

[Atkins_HF-7] Аткинс, Питер; Джонс, Лоретта (2008). Химические принципы: поиски понимания . WH Freeman & Co., стр. 184–185. ISBN 978-1-4292-0965-6.

[New_Scientist_HF-8] Эмсли, Джон (1981). «Скрытая сила водорода» . Новый ученый . 91 (1264): 291–292 . Проверено 25 декабря 2012 года .

[9] Гринвуд, штат Нью-Йорк; Эрншоу, А. (1998). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт Хайнеманн. С. 812–816. ISBN 0-7506-3365-4.

[10] C.E. Housecroft и A.G. Sharpe Неорганическая химия , стр. 221.

[11] Ф. А. Коттон и Г. Уилкинсон " Продвинутая неорганическая химия" , стр. 111.

[Jolly-12] W. L. Jolly "Современная неорганическая химия" (McGraw-Hill 1984), стр. 203. ISBN 0-07-032768-8 .

[Cotton_109-13] FA Коттон и Г. Уилкинсон, Продвинутая неорганическая химия (5-е изд.) Джон Вили и сыновья: Нью-Йорк, 1988. ISBN 0-471-84997-9 . п. 109.

[AigueperseMollard2000-14] а б в г д Дж. Айгеперсе, П. Моллар, Д. Девилье, М. Чемла, Р. Фарон, Р. Романо, Дж. П. Куэр (2000). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_307 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Ullmann-15] Г. Зигемунд, В. Швертфегер, А. Файринг, Б. Смарт, Ф. Бер, Х. Фогель, Б. МакКусик (2005). «Соединения фтора, органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_349 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[16] М. Jaccaud, Р. Faron, Д. Devilliers, Р. Романо (2005). "Фтор". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a11_293 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ).

[17] Гринвуд и Эрншоу, «Химия элементов», стр. 816–819.

[emergency.cdc.gov-18] Факты о фтористом водороде (плавиковая кислота)

[1]