Vätgasfluorid: egenskaper och tillämpning

Bland halogenföreningarna - element i grupp 7 i huvuddelen av det periodiska systemet med kemiska beståndsdelar i DI Mendeleev - är vätefluorid av stor praktisk betydelse. Tillsammans med andra halogenerade vätskor används den i olika grenar av den nationella ekonomin: för att erhålla fluorhaltig plast, fluorvätesyra och dess salter. I detta dokument studerar vi molekylens struktur, de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos detta ämne och överväger områdena för dess tillämpning.

Historien om upptäckten

På 1700-talet utförde K. Schwanquard ett experiment med ett mineral av fluorspar och sulfatsyra. Vetenskapsmannen upptäckte att en gas släpptes under reaktionen, vilket började förstöra en glasplatta som täckte röret med en blandning av reagens. Denna gasformiga förening kallas vätefluorid.

Flussyra erhölls på 1800-talet av Gay-Lussac från samma råmaterial: fluorit och svavelsyra. Ampere visade genom sina experiment att strukturen hos molekylen HF liknar väteklorid. Detta gäller även vattenhaltiga lösningar av dessa halogener. Skillnaderna gäller styrkan av syror: Vätskan är svag och kloriden är stark.

Fysiska egenskaper

Gas med kemisk formel HF har en skarp karaktäristisk lukt, färglös, något lättare än luft. I serien HI-HBr-HCl-halogenider förändras koknings- och smältpunkterna smidigt och ökar kraftigt på HF. Förklaringen av detta fenomen är följande: molekylära vätefluorid bildar associerade (grupper av neutrala partiklar mellan vilka vätebindningar uppstår). För att bryta dem krävs ytterligare energi, så att kokpunkten och smältpunkten ökar. Enligt gasdensitetsindexen, i ett intervall nära kokpunkten (+19.5) består vätefluorid av aggregat med en medelkomposition av HF _2. Vid uppvärmning över 25 ° C sönderdelas dessa komplex gradvis och vid en temperatur av ca 90 ° C består vätefluorid Från HF-molekyler.

Hur är hydrofluoriden

Metoderna för att erhålla ett ämne som inte är i laboratorieförhållanden, som vi redan har nämnt, men i industrin, har praktiskt taget inget att göra med varandra: reagenser är alla samma fluorspar (fluorit) och sulfatsyra.

Mineralet, vars deponier är belägna i Primorye, Transbaikalia, Mexiko, USA, förstärks först genom flotation och används sedan i tillverkningsprocessen för tillverkning av HF, som utförs i speciella stålugnar. De laddar malm och blandar med sulfatsyra. Den berikade malmen innehåller 55-60% fluorit _. Ugnen väggar är fodrade med blyplåt som upptar vätefluorid. Den renas i en tvättkolonn, kyles och kondenseras därefter. För att producera vätefluorid används roterugnar, indirekt uppvärmd av el. Massfraktionen av HF vid utloppet är ungefär 0,98, men processen har dess nackdelar. Det är ganska lång och kräver en stor konsumtion av sulfatsyra.

Polariteten hos HF-molekyler

Vattenfri vätefluorid består av partiklar som har förmåga att binda till varandra och bilda aggregat. Detta förklaras av molekylens inre struktur. Mellan väte och fluoratomer finns en stark kemisk bindning, kallad polär kovalent bindning. Den representeras av ett gemensamt elektroniskt par som förskjutits till en mer elektronegativ fluoratom. Som ett resultat blir fluorhydridmolekylerna polära och har formen av dipoler.

Mellan dem finns krafter av elektrostatisk attraktion, vilket leder till utseende av associerade. Längden av den kemiska bindningen mellan väte- och fluoratomerna är 92 nm och dess energi är 42 kJ / mol. Både i gasformigt och flytande tillstånd består substansen av en polymerblandning av typen H2F2, H4F4.

Kemiska egenskaper

Vattenfri vätefluorid har förmåga att interagera med salter av karbonat-, silikat-, nitrit- och sulfidsyror. Med oxidativa egenskaper reducerar HF ovanstående föreningar till koldioxid, kiseltetrafluorid, vätesulfid och kväveoxider. Vattenhaltig 40% vätefluoridlösning förstör betong, glas, läder, gummi och samverkar också med vissa oxider, till exempel med Cu ₂ O. Fria koppar, kopparfluorid och vatten finns i produkterna. Det finns en grupp ämnen med vilka HF inte reagerar, till exempel tungmetaller, såväl som magnesium, järn, aluminium, nickel.

En vattenlösning av vätefluorid

Det kallas flussyra och används i form av 40% och 72% lösningar. Vätgasfluorid, karakteristiken för dess kemiska egenskaper beror på koncentrationen, löses obegränsat i vatten. I detta fall frigörs värme, vilket karakteriserar denna process som exoterm. Eftersom en vattenhaltig lösning av HF är en syra med medelstorlek, växlar den med metaller (en substitutionsreaktion). Salter bildas - fluorider - och väte frigörs. Passiva metaller - platina och guld, såväl som bly - reagerar inte med fluorvätesyra. Syran passerar genom den, det vill säga bildar en skyddsfilm på ytan av metallen, bestående av olöslig blyfluorid. En vattenlösning av HF kan innehålla föroreningar av järn, arsenik, svaveldioxid, i vilket fall det kallas en teknisk syra. En koncentrerad 60% lösning av HF är viktig i kemi för organisk syntes. Den förvaras i polyetylen- eller Teflon-behållare, och en stor mängd flussyra transporteras i stålcisterner.

Fluorsyraens roll i den nationella ekonomin

En lösning av vätefluorid används för framställning av ammoniumborafluorid, som är en komponent i flussmedel i järn och icke-järnmetallurgi. Det används också vid elektrolysprocessen för att producera rent bor. Flussyra används för framställning av silikofluorider, till exempel, såsom Na2SiF6. Det används till att producera cement och emaljer som är resistenta mot mineralsyrans funktion.

Floats ger vattentäta egenskaper till byggmaterial. Försiktighet bör vidtas vid tillämpningsprocessen, eftersom alla kiselfluorider är toxiska. En vattenhaltig lösning av HF används också vid framställning av syntetiska smörjoljor. Till skillnad från mineral, behåller de viskositet och bildar en skyddande film på ytan av arbetsdelar: kompressorer, reduktionsmedel, lager både vid höga och låga temperaturer. Av stor betydelse är vattenhaltig vätefluorid i etsning (mattning) av glas, liksom i halvledarindustrin, där den används för etsning av kisel.

Fluorinerad plast

De mest populära är Teflon (fluoroplastisk - 4). Det upptäcktes av misstag. En organisk kemist, Roy Plunkett, som var engagerad i syntesen av freons, fann gas i cylindrar med gasformig kloretylen lagrad vid en onormalt låg temperatur, inte gas, utan ett vitt pulver som var oljigt att röra vid. Det visade sig att vid högt tryck och låg temperatur tetrafluoreten polymeriserades.

Denna reaktion ledde till bildandet av en ny plastmassa. Därefter kallades det Teflon. Den har exceptionell värme och frostbeständighet. Teflonbeläggningar används framgångsrikt i mat, kemisk industri, vid produktion av rätter med non-stick egenskaper. Även vid 70 ^o C förlorar fluoroplastiska produkter - 4 inte deras egenskaper. Exceptionell är Teflons höga kemiska inertitet. Det sönderdelas inte vid kontakt med frätande ämnen - alkalier och syror. Detta är mycket viktigt för utrustning som används i de tekniska processerna för produktion av nitrat- och sulfatsyror, ammoniumhydroxid, natriumhydroxid. Fluoroplastisk kan innehålla ytterligare komponenter - modifieringsmedel som glasfibrer eller metaller, så att de ändrar deras egenskaper, till exempel ökar värmebeständighet och slitstyrka.

Dissociation av vätefluorid

Tidigare nämnde vi att en stark kovalent bindning bildas i HF-molekyler, dessutom kan de själva kombinera till aggregat som bildar vätebindningar. Därför har vätefluorid en låg grad av dissociation och sönderdelas dåligt i joner i vattenlösning. Flussyra är svagare än klorid eller bromid. Dessa egenskaper hos dissociationen förklarar förekomsten av beständiga sura salter, medan varken klorid eller jod bildar dem. Dissociationskonstanten hos den vattenhaltiga lösningen av vätefluorid är 7x10-4, vilket bekräftas av det faktum att i dess lösning finns ett stort antal oisocierade molekyler och ett lågt innehåll av väte- och fluoridjoner noteras.

Men fluorhydrid är farligt

Det bör noteras att både gasformig och flytande vätefluorid är toxisk. Ämneskoden är 0342. Flussyra har också narkotiska egenskaper. På dess inverkan på människokroppen kommer vi att stanna lite senare. I klassificeringsmedlet ligger detta ämne, såväl som vattenfritt hydrofluorid, i andra klassens fara. Detta förklaras först och främst av fluorföreningarnas förmåga att lätt antända. I synnerhet är denna egenskap särskilt uppenbar i en förening som gasformig vätefluorid, vars brand- och explosionsrisk är särskilt hög.

Varför bestämma nivån av vätefluorid i luften

Vid industriell produktion av HF, erhållen från fluorspar och svavelsyra, är förluster av gasformig produkt, vars ångor kommer in i atmosfären, möjliga. Minns att vätefluorid (vars klass av fara är den andra) - ämnet är högt giftigt och kräver konstant mätning av dess koncentration. Industriella utsläpp innehåller ett stort antal skadliga och potentiellt farliga kemikalier, främst kväve- och svaveloxider, tungmetallsulfider och gasformiga vätehalogenider. Bland dem faller en stor fraktion till vätefluorid, vars MPC i luften är 0,005 mg / m ³ i form av fluor per dag. För de anläggningsställen där trummugnarna är belägna bör den högsta tillåtna koncentrationen vara 0, 1 mg / m ³ .

Vätgasfluoridgasanalysatorer

För att få reda på vilka skadliga gaser och hur många som har kommit in i atmosfären, finns det speciella mätinstrument. För att detektera HF-ångor används fotokalorimetriska gasanalysatorer, i vilka både glödande och halvledar-lysdioder används som strålningskällor, och fotodioder och fototransistorer spelar rollen som fotodetektorer. Bestämning av vätefluorid i atmosfärisk luft utförs också av infraröda gasanalysatorer. De är ganska känsliga. HF-molekyler absorberar långvågsstrålning i intervallet 1-15 mikron. Apparater som används för att bestämma giftigt avfall i luften och inom arbetsområdet för industriföretag registrerar fluktuationer i HF-koncentrationen både inom tillåten norm och i isolerade extrema fall (konstgjorda katastrofer, tekniska kretslopp på grund av strömförsörjningsfel etc.). Dessa funktioner utförs av termokonduktiva gasanalysatorer av vätefluorid. Prom. De skiljer utsläppen utifrån beroende av värmeledningsförmågan hos HF på kompositionen hos den gasformiga blandningen.

Den skadliga effekten av hydrofluorid på människokroppen

Både vattenfri vätefluorid och fluorvätesyra, som är dess lösning i vatten, hör till andra klassens fara. Speciellt negativt påverkar dessa föreningar vitala system: kardiovaskulär, excretion, andningsorgan, såväl som hud och slemhinnor. Penetration av ämnet genom huden passerar obemärkt och asymptomatiskt. Fenomena toxicos kan uppenbaras nästa dag, och de diagnostiseras som lavine, nämligen: huden är sår, på slemhinnans yta bildas brännområden. Vävnaderna i lungorna förstörs på grund av nekrotiska lesioner av alveolerna. Fluorjoner som tränger in i den intercellulära vätskan, tränger sedan in i cellerna och binder i dem magnesium- och kalciumpartiklarna, som ingår i nervvävnaden, blod och njurtublar - strukturer av nefroner. Därför är det särskilt viktigt att noggrant övervaka innehållet i gasformigt vätefluorid och fluorvätesyraångor i atmosfären.