Флуорид на водорода: характеристики и приложение

Сред съединенията на халогени - елементи от Група 7 на основната подгрупа на периодичната система от химични елементи на ДИ Менделеев - водород флуорид е от голямо практическо значение. Наред с другия халогениран водород, той се използва в различни отрасли на народното стопанство: за производството на флуорсъдържащи пластмаси, флуороводородна киселина и нейните соли. В тази статия ще разгледаме структурата на молекулата, физичните и химичните свойства на това вещество и ще разгледаме областите на неговото приложение.

История на откритието

През 17-и век К. Шванквард провежда експеримент с минерал флуорит и сулфатна киселина. Учените открили, че по време на реакцията се отделя газ, който започва да разрушава стъклена чиния, покривайки епруветката със смес от реагенти. Това газово съединение се нарича флуороводород.

Флуороводородната киселина е получена през 19-ти век от Gay-Lussac от същата суровина: флуорит и сярна киселина. Ампер с неговите експерименти доказва, че структурата на молекулата HF е подобна на хлороводорода. Това важи и за водните разтвори на тези халогени. Разликите засягат силата на киселините: флуороводородът е слаб и хлоридът е силен.

Физични свойства

Газът с химична формула HF има остра характерна миризма, безцветна, леко по-лека от въздуха. В поредицата от халогени HI-HBr-HCl- точка на кипене и топенето се променя плавно, а при преминаване към HF рязко се увеличава. Обяснението на това явление е следното: молекулярният водороден флуорид образува асоциации (групи от неутрални частици, между които се образуват водородни връзки). За да ги разбием, е необходима допълнителна енергия, така че точките на кипене и точката да се увеличат. Според показателите плътност на газа, в обхвата близо до точката на кипене (19.5), флуороводород се състои от агрегати със среден състав на HF_2. При нагряване над 25 ° С ^заС тези комплекси постепенно се разлагат и при температура около 90 ° С ^заПри водород флуоридът се състои от молекули на HF.

Как е хидрофлуоридът

Методи за получаване на вещества, които не в лабораторни условия, които вече са споменати и в промишлеността, почти нищо не се различават помежду си: реагентите са еднакви флуорит (флуорит) и киселина сулфат.

А минерални залежи се подреждат в Приморие Zabaikalye, Мексико, САЩ, първо обогатен чрез флотация, и след това да се използват в технологичния процес на HF, която се извършва в специални стоманени пещи. Те зареждат рудата и се смесват със сулфатна киселина. Обогатената руда съдържа 55-60% флуорит_. Стените на пещта са облицовани с оловни листове, които улавят флуороводород. Той се пречиства в промивна колона, охлажда се и след това се кондензира. За производството на флуороводород се използват ротационни пещи, косвено загрявани с електричество. Масовата фракция на HF на изхода е приблизително 0,98, но процесът има своите недостатъци. Той е доста дълъг и изисква голяма консумация на сулфатна киселина.

Полярността на HF молекулите

Безводният флуороводород се състои от частици, които имат способността да се свързват помежду си и да образуват агрегати. Това се обяснява с вътрешната структура на молекулата. Между водородните и флуорните атоми има силен химическо свързване, наречен полярен ковалент. Тя се представя чрез обща електронна двойка, изместена към по-електронен агрегат от флуорен атом. Поради това молекулите на флуоридния хидрид стават полярни и имат формата на диполи.

Между тях възникват силите на електростатично привличане, което води до появата на сътрудници. Дължината на химичната връзка между водородните и флуорните атоми е 92 nm и нейната енергия е 42 kJ / mol. Както в газообразно, така и в течно състояние, веществото се състои от полимерна смес с форма Н₂F₂, Н₄F₄.

Химични свойства

Безводният флуороводород има способността да взаимодейства със соли на карбонатни, силикатни, нитритни и сулфидни киселини. С оксидативни свойства HF намалява горните съединения до въглероден диоксид, силициев тетрафлуорид, сероводород и азотни оксиди. Водният разтвор на 40% флуороводород унищожава бетон, стъкло, кожа, каучук и също взаимодейства с някои оксиди, например Cu₂О. В продуктите се съдържат свободни мед, мед флуорид и вода. Съществува група вещества, с които HF не реагира, например тежки метали, както и магнезий, желязо, алуминий, никел.

Воден разтвор на флуороводород

Тя се нарича флуороводородна киселина и се използва под формата на 40% и 72% разтвори. Флуоридът на водорода, характерен за неговите химични свойства, зависи от неговата концентрация, неограничено се разтваря във вода. В този случай се отделя топлина, което характеризира този процес като екзотермичен. Като киселина със средна якост, водният разтвор на HF взаимодейства с металите (реакция на заместване). Сформират се соли - флуориди - и се освобождава водород. Пасивните метали - платина и злато, както и оловото - не реагират с флуороводородна киселина. Киселината минава през него, т.е. образува защитен филм върху металната повърхност, състоящ се от неразтворим оловен флуорид. Водният разтвор на HF може да съдържа примеси от желязо, арсен, диоксид сяра, в който случай се нарича промишлена киселина. Концентриран 60% разтвор на HF е важен в химията на органичния синтез. Съхранява се в полиетиленови или тефлонови контейнери, а голяма част от флуороводородната киселина се транспортира в стоманени цистерни.

Ролята на флуороводородната киселина в националната икономика

Разтворът на флуороводород се използва за производството на амониев борофлуорид, който е компонент на потоците в металургията на черни и цветни метали. Използва се и в процеса на електролиза за получаване на чист бор. Флуороводородната киселина се използва при производството на силикофлуориди, например като Na₂СИФ₆. Използва се за производство на цименти и емайллакове, устойчиви на действието на минерални киселини.

Поплавъците дават водоустойчиви свойства на строителните материали. В процеса на тяхното приложение трябва да се внимава, тъй като всички силикофлуориди са токсични. Воден разтвор на HF се използва също така при производството на синтетични смазочни масла. За разлика от минералните, те задържат вискозитет и образуват защитен филм върху повърхността на работните части: компресори, редуктори, лагери при високи и ниски температури. От голямо значение е водният флуорид във ецване (стъкло), както и в полупроводниковата промишленост, където се използва за оформяне на силиций.

Флуорирани пластмаси

Най-популярният от тях е тефлон (флуоропласт - 4). Бе открит случайно. Органичната химия Рой J. Plunkett, ангажирани синтез фреони, намерени в цилиндъра с газообразен етилен cheteryhhloristym съхранява при необичайно ниска температура не газ, като бял прах, мазни на пипане. Оказва се, че при високо налягане и при ниска температура тетрафлуороетилен е полимеризиран.

Тази реакция доведе до образуването на нова пластмасова маса. След това се наричаше Teflon. Има изключителна устойчивост на топлина и замръзване. Тефлоновите покрития се използват успешно в хранително-вкусовата, химическата промишленост, при производството на съдове с незалепващи свойства. Дори на 70 ^заС продуктите, направени от флуоропласт - 4 не губят свойствата си. Изключително е високата химична инертност на тефлона. При контакт с корозивни вещества - алкали и киселини не се разлага. Това е много важно за оборудването, използвано в технологичните процеси за производство на нитрати и сулфатни киселини, амониев хидроксид, сода каустик. Фторопластове може да съдържа допълнителни компоненти - модификатори, като стъкло или метали, така че те се променят техните свойства, като например повишена топлинна устойчивост и издръжливост.

Дисоциация на флуороводорода

По-рано споменахме, че в HF молекулите се образува силна ковалентна връзка, освен това те сами могат да се комбинират в агрегати, образуващи водородни връзки. Ето защо флуороводородът има ниска степен на дисоциация и слабо се разлага на йони във воден разтвор. Флуороводородната киселина е по-слаба от хлорида или бромид. Тези признаци на дисоциацията обясняват съществуването на устойчиви, кисели соли, докато нито хлоридът, нито йодът ги образуват. Константата на дисоциация на водния разтвор на флуороводород е 7х10^-4, което се потвърждава от факта, че в неговото решение има голям брой недисоциирани молекули и ниско съдържание на водородни йони и флуор.

Флуорохидридът е опасен

Трябва да се отбележи, че газообразният и течният флуорид са токсични. Кодовете на веществата са 0342. Флуороводородната киселина също има наркотични свойства. По отношение на въздействието му върху човешкото тяло ще се спрем малко по-късно. В класификатора това вещество, както и безводният хидрофлуорид, са във втория клас на опасност. Това се обяснява на първо място със способността на флуорните съединения да се възпламенят лесно. По-специално, това свойство е особено очевидно в съединение като газообразен флуороводород, чийто риск от огън и експлозия е особено висок.

Защо да се определи нивото на флуороводород във въздуха

При индустриалното производство на HF, получен от флуорошпат и сярна киселина, са възможни загуби на газообразни продукти, чиито пари влизат в атмосферата. Припомнете, че флуороводорода (чиято опасност е втората) - веществото е силно токсично и изисква постоянно измерване на неговата концентрация. Промишлените емисии съдържат голям брой вредни и потенциално опасни химикали, предимно азотни и серни оксиди, сулфиди на тежки метали и газообразни халогениди. Сред тях голяма фракция пада върху флуороводорода, чиято максимална концентрация в атмосферния въздух е 0.005 mg / m³ по отношение на флуорида на ден. За площадките на заводите, където са разположени барабанните пещи, максималната допустима концентрация (MPC) трябва да бъде 0, 1 mg / m³.

Анализатори на газообразни газове

За да разберете какви вредни газове и колко са влезли в атмосферата, има специални измервателни уреди. За откриване на HF пара използване photocolorimetric газови анализатори, които се използват като лампи и светодиоди като източници на светлина и полупроводникови фотодиоди и фототранзистори служи като фотодетектори. Определянето на флуороводорода в атмосферния въздух също се извършва чрез инфрачервени газови анализатори. Те са доста чувствителни. HF молекулите абсорбират дълги вълнови лъчения в обхвата от 1-15 микрона. Инструментите, използвани за определяне на токсични отпадъци във въздуха и в работната площ на промишлени предприятия, с фиксирана трептене концентрация HF както в рамките на разрешената норма и еднократна екстремни случаи (техногенни катастрофи, нарушения технологични цикли, поради повреда на захранването и така нататък. Г.). Тези функции се изпълняват от анализатор на газообразен флуорид за измерване на топлинна проводимост. Обн. те диференцират емисиите въз основа на зависимостта на топлинната проводимост на HF от състава на газовата смес.

Вредният ефект на хидрофлуорида върху човешкото тяло

Както безводен флуороводород или флуороводородна киселина, който разтвор от него във вода, принадлежат към втория клас на опасност. По-специално, тези съединения имат отрицателно въздействие върху жизнените системи: сърдечно-съдови, отделителната, дихателната и кожата и лигавиците. Проникването на вещества през кожата остава незабелязан и асимптоматични. Явленията на токсичност може да се прояви на следващия ден, и те са диагностицирани лавина, а именно язви на кожата, на части от повърхността на окото мукозни образуват келоиди. Белодробни тъкани са унищожени поради некротична лезия на алвеолите. йони флуорид капан в извънклетъчната течност, след това навлизат в клетките и те се свързват калциеви и магнезиеви частици, влизащи в състава на нервната тъкан, кръв, и бъбречните тубули - Nephron структури. Поради това е от особено значение е внимателен контрол на съдържанието на газообразен флуороводород и флуороводородна киселина пара в атмосферата.