Formuła, struktura, właściwości i zastosowania kwasu fluorowodorowego (HF)

The kwas fluorowodorowy (HF)jest wodnym roztworem, w którym rozpuszczony jest fluorowodór. Kwas ten otrzymuje się głównie z reakcji stężonego kwasu siarkowego z fluorytem mineralnym (CaF)₂). Minerał jest rozkładany przez działanie kwasu, a pozostała woda rozpuszcza gazowe fluorowodory.

Z tej samej kwaśnej wody można destylować czysty produkt, czyli bezwodnik fluorowodoru. W zależności od ilości rozpuszczonego gazu uzyskuje się różne stężenia, a zatem na rynku dostępnych jest kilka produktów kwasu fluorowodorowego..

Przy stężeniu poniżej 40% ma krystaliczny wygląd nie do odróżnienia od wody, ale przy wyższych stężeniach emituje białe pary fluorowodoru. Kwas fluorowodorowy jest znany jako jedna z najbardziej agresywnych i niebezpiecznych substancji chemicznych.

Jest w stanie „zjeść” prawie każdy materiał, z którym ma kontakt: od szkła, ceramiki i metali, po skały i beton. W jakim pojemniku jest on następnie przechowywany? W plastikowych butelkach syntetyczne polimery obojętne na ich działanie.

Indeks

• 1 Formuła
• 2 Struktura
• 3 Właściwości
  • 3.1 Reaktywność
• 4 zastosowania
• 5 referencji

Formuła

Formuła fluorowodoru to HF, ale kwasu fluorowodorowego jest reprezentowana w środowisku wodnym, HF (ac), w celu odróżnienia od pierwszego.

Tak więc kwas fluorowodorowy można uważać za hydrat fluorowodoru, co powoduje jego bezwodnik.

Struktura

Cały kwas w wodzie ma zdolność generowania jonów w reakcji równowagi. W przypadku kwasu fluorowodorowego szacuje się, że w roztworze znajduje się para jonów H₃O⁺ i F^-.

Anion F^- prawdopodobnie tworzy bardzo silny mostek wodorowy z jednym z wodorów kationowych (F-H-O⁺-H₂). To wyjaśnia, dlaczego kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem Bronsteda (donor protonu, H⁺), pomimo wysokiej i niebezpiecznej reaktywności; to znaczy w wodzie nie uwalnia tak wielu H⁺ w porównaniu do innych kwasów (HCl, HBr lub HI).

Jednak w stężonym kwasie fluorowodorowym oddziaływania między cząsteczkami fluorowodoru są wystarczająco skuteczne, aby umożliwić im ucieczkę w fazie gazowej.

Oznacza to, że wewnątrz wody mogą oddziaływać tak, jakby były w ciekłym bezwodniku, tworząc między nimi mostki wodorowe. Te mostki wodorowe można asymilować jako prawie liniowe łańcuchy (H-F-H-F-H-F- ...) otoczone wodą.

Na górnym obrazie niepodzielona para elektronów zorientowana w przeciwnym kierunku wiązania (H-F :) oddziałuje z inną cząsteczką HF, aby połączyć łańcuch.

Właściwości

Ponieważ kwas fluorowodorowy jest roztworem wodnym, jego właściwości zależą od stężenia bezwodnika rozpuszczonego w wodzie. HF jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie i jest higroskopijny, dzięki czemu może wytwarzać różnorodne roztwory: od bardzo skoncentrowanego (dymnego i żółtego) do bardzo rozcieńczonego.

Wraz ze spadkiem stężenia HF (ac) przyjmuje właściwości bardziej podobne do czystej wody niż właściwości bezwodnika. Jednak wiązania wodorowe H-F-H są silniejsze niż w wodzie, H₂O-H-O-H.

Oba współistnieją w harmonii w rozwiązaniach, podnosząc temperaturę wrzenia (do 105ºC). Podobnie, gęstości zwiększają się wraz z rozpuszczaniem większej ilości bezwodnika HF. Reszta, wszystkie roztwory HF (ac) mają silne i drażniące zapachy i są bezbarwne.

Reaktywność

Jakie jest więc działanie korozyjne kwasu fluorowodorowego? Odpowiedź leży w wiązaniu H-F i zdolności atomu fluoru do tworzenia bardzo stabilnych wiązań kowalencyjnych.

Ponieważ fluor jest bardzo małym i elektroujemnym atomem, jest potężnym kwasem Lewisa. Oznacza to, że jest oddzielony od wodoru, aby związać się z gatunkami, które oferują więcej elektronów przy niskim koszcie energii. Na przykład te gatunki mogą być metalami, takimi jak krzem obecny w szkłach.

SiO₂ + 4 HF → SiF₄(g) + 2 H₂O

SiO₂ + 6 HF → H₂SiF₆ + 2 H₂O

Jeśli energia dysocjacji wiązania H-F jest wysoka (574 kJ / mol), dlaczego przerywa reakcje? Odpowiedź ma niuanse kinetyczne, strukturalne i energetyczne. Ogólnie rzecz biorąc, im mniej reaktywny jest uzyskany produkt, tym bardziej korzystne jest jego tworzenie.

Co dzieje się z F^- w wodzie? W stężonych roztworach kwasu fluorowodorowego inna cząsteczka HF może tworzyć wiązanie wodorowe z F^- pary [H₃O⁺F^-].

Powoduje to wytwarzanie jonu difluorku [FHF]^-, który jest niezwykle kwaśny. Dlatego cały kontakt fizyczny z tym jest niezwykle szkodliwy. Najmniejsza ekspozycja może wywołać nieskończoność uszkodzeń organizmu.

Istnieje wiele standardów i protokołów bezpieczeństwa dla właściwego zarządzania, a tym samym zapobiegania potencjalnym wypadkom tym, którzy pracują z tym kwasem.

Używa

Jest to związek z wieloma zastosowaniami w przemyśle, badaniach i pracy konsumentów.

- Kwas fluorowodorowy wytwarza pochodne organiczne, które biorą udział w procesie oczyszczania aluminium.

- Jest on używany do oddzielania izotopów od uranu, jak w przypadku heksafluorku uranu (UF)₆). Stosuje się go także do ekstrakcji, przetwarzania i rafinacji metali, skał i olejów, stosowanych również do hamowania wzrostu i usuwania pleśni.

- Właściwości korozyjne kwasu zostały wykorzystane do wyrzeźbienia i wytrawiania kryształów, zwłaszcza matowych, przy użyciu techniki trawienia. 

- Jest on stosowany w produkcji półprzewodników krzemowych, z wieloma zastosowaniami w rozwoju komputerów i komputerów, odpowiedzialnych za rozwój człowieka.

- Jest stosowany w przemyśle motoryzacyjnym jako środek czyszczący, stosowany jako środek do usuwania rdzy w ceramice.

- Oprócz tego, że służy jako pośrednik w niektórych reakcjach chemicznych, kwas fluorowodorowy jest stosowany w niektórych wymieniaczach jonowych, które biorą udział w oczyszczaniu metali i bardziej złożonych substancji.

- Bierze udział w przetwarzaniu ropy naftowej i jej pochodnych, co pozwoliło na uzyskanie rozpuszczalników do stosowania w produkcji produktów do czyszczenia i eliminacji tłuszczów.

- Służy do wytwarzania środków do powlekania i obróbki powierzchni.

- Konsumenci korzystają z licznych produktów, w których kwas fluorowodorowy uczestniczył w opracowaniu; na przykład niektóre potrzebne do pielęgnacji samochodów, środków czyszczących do mebli, komponentów elektrycznych i elektronicznych oraz paliw, między innymi.

Referencje

1. PubChem. (2018). Kwas fluorowodorowy. Źródło: 3 kwietnia 2018 r. Z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2.  Kat Day. (16 kwietnia 2013 r.). Kwas, który naprawdę zjada wszystko. Źródło: 3 kwietnia 2018 r. Z: chronicleflask.com
3. Wikipedia. (28 marca 2018 r.). Kwas fluorowodorowy. Źródło: 3 kwietnia 2018 r. Z: en.wikipedia.org.
4. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (czwarte wydanie., strony 129, 207-249, 349, 407). Mc Graw Hill.
5. Kwas fluorowodorowy. Musc. Uniwersytet Medyczny w Południowej Karolinie. Źródło: 3 kwietnia 2018 r. Z: academicdepartments.musc.edu