Hidrogen fluorură: caracteristici și aplicare

Printre compușii halogeni - elemente din grupa 7 din subgrupul principal al sistemului periodic al elementelor chimice ale DI Mendeleev - fluorură de hidrogen, este de mare importanță practică. Împreună cu alte hidrogen halogenați, se utilizează în diverse ramuri ale economiei naționale: pentru producerea de materiale plastice care conțin fluor, acid fluorhidric și sărurile sale. În această lucrare vom studia structura moleculei, proprietățile fizice și chimice ale acestei substanțe și vom lua în considerare domeniile de aplicare a acesteia.

Istoria descoperirii

În secolul al XVII-lea, K. Schwanquard a efectuat un experiment cu un mineral fluorină și acidul sulfat. Cercetătorul a descoperit că, în timpul reacției, a fost eliberat un gaz, care a început să distrugă o placă de sticlă, acoperind tubul cu un amestec de reactivi. Acest compus gazos se numește hidrogen fluorură.

Acidul fluorhidric a fost obținut în secolul al XIX-lea de Gay-Lussac din aceeași materie primă: fluorit și acid sulfuric. Ampere, prin experimentele sale, a demonstrat că structura moleculei HF este similară cu cea a acidului clorhidric. Acest lucru se aplică și soluțiilor apoase ale acestor halogeni. Diferențele se referă la rezistența acizilor: hidrofluoricul este slab, iar clorura este puternică.

Proprietăți fizice

Gazul cu formula chimică HF are un miros caracteristic, aspră, incolor, ușor mai ușor decât aerul. În seria de halogeni HI-HBr-HCI- punctul de fierbere iar topirea se schimbă fără probleme, iar pe drumul către HF se mărește brusc. Explicația acestui fenomen este următoarea: moleculele de hidrogen fluorură asociate (grupuri de particule neutre, între care se formează legături de hidrogen). Pentru a le rupe, este necesară o energie suplimentară, astfel încât să crească punctele de fierbere și topire. Conform indicatorilor densitatea gazului, într-un interval apropiat de punctul de fierbere (+19,5), fluorura de hidrogen constă din agregate cu o compoziție medie a HF_2. Când este încălzit peste 25 ° C ^despreCu aceste complexe se descompun treptat și la o temperatură de aproximativ 90 ° C ^despreCu hidrogen, fluorura constă din molecule de HF.

Cum este hidrofluorura

Metodele de obținere a substanțelor care nu sunt în condiții de laborator, pe care le-am menționat deja, și în industrie, practic nimic nu diferă între ele: reactivii sunt toate aceeași fluorină (fluorit) și sulfatul de acid.

Un depozite minerale este aranjată în Primorie Zabaikalye, Mexic, Statele Unite ale Americii, mai întâi îmbogățit prin flotație, și apoi utilizate în procesul tehnologic de HF, care se realizează în cuptoare de oțel special. Se încarcă minereu și se amestecă cu acid sulfat. Mijloacele îmbogățite conțin fluorit de 55-60%_. Pereții cuptorului sunt căptușiți cu foi de plumb care captează fluorură de hidrogen. Se purifică într-o coloană de spălare, se răcește și apoi se condensă. Pentru a produce fluorură de hidrogen, se folosesc cuptoare rotative, încălzite indirect de electricitate. Fracțiunea de masă a HF la ieșire este de aproximativ 0,98, dar procesul are dezavantajele sale. Este destul de lungă și necesită un consum mare de acid sulfatic.

Polaritatea moleculelor HF

Hidrofluorura de hidrogen constă din particule care au capacitatea de a se lega unul de altul și de a forma agregate. Acest lucru se explică prin structura internă a moleculei. Între atomii de hidrogen și fluor există un puternic legarea chimică, numit covalent polar. Este reprezentat de o pereche electronică comună deplasată la un atom de fluor mai electronegativ. Din acest motiv, moleculele de hidrură de fluorură devin polare și au forma de dipoli.

Intre ele apar fortele de atractie electrostatica, ceea ce duce la aparitia asociatilor. Lungimea legăturii chimice dintre atomii de hidrogen și fluor este de 92 nm, iar energia sa este de 42 kJ / mol. Atât în ​​stare gazoasă, cât și în stare lichidă, substanța constă dintr-un amestec de polimeri cu forma H₂F₂, H₄F₄.

Proprietăți chimice

Hidrofluorura de hidrogen are capacitatea de a interacționa cu sărurile de acizi carbonați, siliciu, nitriți și sulfuri. Cu proprietăți oxidante, HF reduce compușii de mai sus la dioxid de carbon, tetrafluorură de siliciu, hidrogen sulfurat și oxizi de azot. Soluția apoasă de fluorură de hidrogen 40% distruge betonul, sticla, pielea, cauciucul și, de asemenea, interacționează cu niște oxizi, de exemplu Cu₂O. În produse se găsesc cupru liber, fluorură de cupru și apă. Există un grup de substanțe cu care HF nu reacționează, de exemplu, metale grele, precum și magneziu, fier, aluminiu, nichel.

O soluție apoasă de acid fluorhidric

Se numește acid fluorhidric și se utilizează sub formă de soluții de 40% și 72%. Fluorura de hidrogen, caracteristică a proprietăților sale chimice depinde de concentrația sa, se dizolvă nelimitat în apă. În acest caz, căldura este eliberată, ceea ce caracterizează acest proces ca fiind exotermic. Fiind un acid cu rezistență medie, soluția apoasă de HF interacționează cu metalele (reacție de substituție). Se formează săruri - fluoruri - și se eliberează hidrogen. Metalele pasive - platina și aurul, precum și plumbul - nu reacționează cu acidul fluorhidric. Acidul trece prin el, adică formează un film de protecție pe suprafața metalului, constând din fluorură de plumb insolubilă. Soluția apoasă de HF poate conține impurități de fier, arsenic, dioxid sulf, în care caz se numește acid industrial. O soluție concentrată de HF de 60% este importantă în chimia sintezei organice. Se depozitează în recipiente din polietilenă sau teflon, iar un acid hidrofluoric de mare tonaj este transportat în cisterne de oțel.

Rolul acidului fluorhidric în economia națională

Soluția de hidrogen fluorură este utilizată pentru producerea borofluorurii de amoniu, care este o componentă a fluxurilor în metalurgia feroasă și neferoasă. Se utilizează, de asemenea, în procesul de electroliză pentru a produce bor pur. Acidul fluorhidric este utilizat în producția de silicofluoruri, de exemplu, cum ar fi Na₂Sif₆. Se utilizează pentru a produce cimenturi și smalțuri rezistente la acțiunea acizilor minerali.

Plăcile dau proprietăți impermeabile materialelor de construcție. Trebuie să se acorde atenție procesului de aplicare a acestora, deoarece toate silicofluorurile sunt toxice. O soluție apoasă de HF este, de asemenea, utilizată în producția de uleiuri lubrifiante sintetice. Spre deosebire de minerale, ele păstrează vâscozitatea și formează o peliculă protectoare pe suprafața de lucru, piese de compresoare, cutii de viteze, rulmenți atât la nivel înalt și la temperaturi scăzute. De mare importanță este acid fluorhidric apos în sticlă corodare (rogojini), precum și în industria de semiconductori, unde este utilizat pentru gravură siliciu.

Materiale plastice fluorurate

Cele mai populare dintre ele este Teflon (fluoroplastic - 4). A fost descoperit accidental. chimist organic Roy J. Plunkett, freonii sinteză angajate, găsite în cilindri cu cheteryhhloristym etilenă gazos depozitat la temperatura anormal de scăzute de gaz nu, sub formă de pulbere albă, grasă la atingere. Sa dovedit că, la presiune ridicată și tetrafluoretilenă la temperatură joasă polimerizată.

Această reacție a dus la formarea unei noi mase plastice. Ulterior, a fost numit Teflon. Are rezistență excepțională la căldură și îngheț. Acoperirile cu teflon sunt utilizate cu succes în industria alimentară, chimică, în producția de vase cu proprietăți neaderente. Chiar și la 70 de ani ^despreCu produsele fabricate din fluoroplast - 4 nu își pierd proprietățile. Excepțional este inerția chimică ridicată a Teflonului. Nu se descompune în contact cu substanțe corozive - alcalii și acizi. Acest lucru este foarte important pentru echipamentele utilizate în procesele tehnologice de producere a acizilor nitrați și sulfați, hidroxid de amoniu, caustic sifon. polimer fluorocarbon poate conține componente adiționale - modificatori, cum ar fi sticla sau metale, astfel încât acestea să schimbe proprietățile lor, cum ar fi rezistența mărită la căldură și durabilitate.

Disocierea fluorurii de hidrogen

Mai devreme, am menționat că se formează o legătură puternică covalentă în moleculele HF, în plus, ei înșiși sunt capabili să se combine în agregate, formând legături de hidrogen. De aceea, acidul fluorhidric are un grad scăzut de disociere și este slab descompus în ioni în soluție apoasă. Acidul fluorhidric este mai slab decât clorura sau bromura. Aceste caracteristici ale disocierii sale explică existența sărurilor acide persistente, în timp ce nici clorul, nici iodul nu le formează. Constanta de disociere a soluției apoase de acid fluorhidric este de 7x10^-4, ceea ce este confirmat de faptul că în soluția sa există un număr mare de molecule nedisociate și un conținut redus de ioni de hidrogen și fluor.

Fluorhidrina este periculoasă

Trebuie remarcat faptul că hidrogen fluorura lichidă și gazoasă sunt toxice. Codul substanței este 0342. Acidul fluorhidric are, de asemenea, proprietăți narcotice. În ceea ce privește impactul asupra corpului uman, ne vom opri puțin mai târziu. În clasificator, această substanță, precum și hidrofluorura anhidră, se află în cea de-a doua clasă de pericol. Acest lucru este explicat, în primul rând, de capacitatea compușilor de fluor să se aprindă ușor. În particular, această proprietate este în mod special evidentă într-un compus cum ar fi fluorhidric gazos, a cărui pericol de incendiu și explozie este deosebit de ridicat.

De ce să determinați nivelul de hidrogen fluorură din aer

În producția industrială de HF, obținut din acid sulfuric și fluorină sunt posibile pierderi de gaz produs, care cuplează în atmosferă. Să ne amintim că fluorhidric (clasa de pericol care - a doua) - substanță foarte toxică și necesită măsurarea continuă a concentrației sale. În emisiile industriale conține cantități mari de substanțe chimice nocive și potențial periculoase, în special azot și oxizii de sulf, sulfuri de metale grele și halogenurile de hidrogen gazos. Dintre acestea, o fracție mare se încadrează în fluorură de hidrogen, a cărei concentrație maximă în aerul ambiental este de 0,005 mg / m³ în ceea ce privește fluorura pe zi. Pentru locațiile din fabrică unde sunt amplasate cuptoarele cu tambur, concentrația maximă admisă (MPC) trebuie să fie de 0, 1 mg / m³.

Analizoare de gaz fluorhidric

Pentru a afla ce gaze nocive și cât de multe au ajuns în atmosferă, există instrumente speciale de măsurare. Pentru detectarea vaporilor HF utilizând analizoare de gaze photocolorimetric, care sunt folosite ca lămpi cu incandescență și LED-uri ca surse de lumină cu semiconductori și fotodiode și fototranzistorii servesc ca fotodetectori. Determinarea fluorurii de hidrogen în aerul atmosferic se efectuează, de asemenea, prin analizoare de gaz infraroșu. Ele sunt destul de sensibile. Moleculele HF absorb radiații cu undă lungă în intervalul de 1-15 microni. Instrumentele utilizate pentru determinarea deșeurilor toxice în aer și în zona de lucru a întreprinderilor industriale, oscilație fixă ​​concentrației HF atât în ​​rata permisă și o singură cazuri extreme (catastrofe tehnogene, tulburările ciclurilor tehnologice datorate deteriorării alimentării cu energie și așa mai departe. D.). Aceste funcții se efectuează prin analizor de gaz de măsurare a conductivității termice a acidului fluorhidric. Prom. ele diferențiază emisiile pe baza dependenței conductivității termice a HF de compoziția amestecului gazos.

Efectul nociv al hidrofluorurii asupra corpului uman

Acid fluorhidric anhidru sau acid fluorhidric, care soluție a acestuia în apă, fac parte din a doua categorie de pericol. În particular, acești compuși au un impact negativ asupra sistemelor vitale: cardiovasculare, excretor, respirator și pielii și a mucoaselor. Pătrunderea substanțelor prin piele trece neobservat și asimptomatice. Fenomenele de toxicitate se poate manifesta în ziua următoare, și ei sunt diagnosticați avalanșă, și anume piele ulcerat, la porțiunile de suprafață ochi ale mucoasei cheloide formate. țesuturile pulmonare sunt distruse din cauza leziunii necrotic alveolelor. Ionii de fluorură blocați în lichidul extracelular, apoi pătrund în celule și se leagă particulele de calciu și magneziu care intră în compoziția țesutului nervos, sânge și tubii renali - structuri nefroni. Prin urmare, este deosebit de relevant este controlul atent al conținutului de fluorură de hidrogen gazos și vapori de acid fluorhidric în atmosferă.