Kwas fluorowodorowy (HF) jest wodny roztwór, w którym rozpuszcza się fluorowodór. Kwas ten otrzymywany jest głównie w wyniku reakcji stężonego kwasu siarkowego z mineralnym fluorytem (CaF 2 ). Minerał ulega degradacji pod działaniem kwasu, a pozostała woda rozpuszcza fluorowodór w postaci gazów.
Czysty produkt, czyli bezwodny fluorowodór, można destylować z tej samej kwaśnej wody. W zależności od ilości rozpuszczonego gazu uzyskuje się różne stężenia i tym samym różne dostępne na rynku produkty kwasu fluorowodorowego.
W stężeniu poniżej 40% ma krystaliczny wygląd nie do odróżnienia od wody, ale przy wyższych stężeniach wydziela białe opary fluorowodoru. Kwas fluorowodorowy jest znany jako jeden z najbardziej agresywnych i niebezpiecznych chemikaliów.
Jest w stanie „zjadać” prawie każdy materiał, z którym się styka: od szkła, ceramiki i metali, po skały i beton. W jakim pojemniku jest zatem przechowywany? W plastikowych butelkach syntetyczne polimery są obojętne na ich działanie.
Formuła
Wzór fluorowodoru to HF, ale kwas fluorowodorowy jest reprezentowany w środowisku wodnym, HF (aq), aby odróżnić się od poprzedniego.
Tak więc kwas fluorowodorowy można uznać za hydrat fluorowodoru, a to jest jego bezwodnik.
Struktura
Każdy kwas w wodzie ma zdolność generowania jonów w reakcji równowagowej. W przypadku kwasu fluorowodorowego szacuje się, że w roztworze istnieje para jonów H 3 O + i F - .
Anion F - prawdopodobnie tworzy bardzo silne wiązanie wodorowe z jednym z wodorów w kationie (FHO + -H 2 ). To wyjaśnia, dlaczego kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem Bronsteda (donor protonów, H + ), pomimo swojej wysokiej i niebezpiecznej reaktywności; to znaczy w wodzie nie uwalnia tak dużo H + w porównaniu z innymi kwasami (HCl, HBr czy HI).
Jednak w stężonym kwasie fluorowodorowym interakcje między cząsteczkami fluorowodoru są wystarczająco skuteczne, aby umożliwić im ucieczkę w fazie gazowej.
Oznacza to, że w wodzie mogą oddziaływać tak, jakby znajdowały się w płynnym bezwodniku, tworząc w ten sposób wiązania wodorowe między nimi. Te wiązania wodorowe można asymilować jako prawie liniowe łańcuchy (HFHFHF-…) otoczone wodą.
Na powyższym obrazku niedzielona para elektronów zorientowanych w przeciwnym kierunku wiązania (HF :) oddziałuje z inną cząsteczką HF, aby złożyć łańcuch.
Nieruchomości
Ponieważ kwas fluorowodorowy jest roztworem wodnym, jego właściwości zależą od stężenia bezwodnika rozpuszczonego w wodzie. HF jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie i higroskopijny, dzięki czemu może wytwarzać różnorodne roztwory: od bardzo stężonych (dymne iz żółtymi odcieniami) do bardzo rozcieńczonych.
Wraz ze spadkiem stężenia HF (ac) nabiera właściwości bardziej zbliżonych do czystej wody niż bezwodnika. Jednak wiązania wodorowe HFH są silniejsze niż te w wodzie, H 2 O-HOH.
Oba współistnieją harmonijnie w roztworach, podnosząc temperaturę wrzenia (do 105ºC). Podobnie, gęstość wzrasta, gdy rozpuszcza się więcej bezwodnika HF. W przeciwnym razie wszystkie roztwory HF (ac) mają silny, drażniący zapach i są bezbarwne.
Reaktywność
Więc jakie jest korozyjne zachowanie kwasu fluorowodorowego? Odpowiedź leży w wiązaniu HF i zdolności atomu fluoru do tworzenia bardzo stabilnych wiązań kowalencyjnych.
Fluor, będący bardzo małym i elektroujemnym atomem, jest silnym kwasem Lewisa. Oznacza to, że oddziela się od wodoru, aby związać się z gatunkami, które oferują mu więcej elektronów przy niskim koszcie energii. Na przykład tymi gatunkami mogą być metale, takie jak krzem obecny w szkłach.
SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O
Jeśli energia dysocjacji wiązania HF jest wysoka (574 kJ / mol), dlaczego pęka w reakcjach? Odpowiedź ma wydźwięk kinetyczny, strukturalny i energetyczny. Ogólnie rzecz biorąc, im mniej reaktywny jest otrzymany produkt, tym bardziej sprzyja jego tworzeniu.
Co dzieje się z F - w wodzie? W stężonych roztworach kwasu fluorowodorowego inna cząsteczka HF może wiązać się z F - z pary.
Powoduje to powstanie jonu difluorkowego - , który jest wyjątkowo kwaśny. Dlatego każdy kontakt fizyczny z nim jest niezwykle szkodliwy. Najmniejsza ekspozycja może spowodować niekończące się uszkodzenie ciała.
Istnieje wiele norm i protokołów bezpieczeństwa dotyczących prawidłowego obchodzenia się z nim, a tym samym uniknięcia potencjalnych wypadków u osób obsługujących ten kwas.
Aplikacje
Jest to związek mający liczne zastosowania w przemyśle, badaniach i sprawach konsumenckich.
- Kwas fluorowodorowy wytwarza organiczne pochodne, które wpływają na proces oczyszczania aluminium.
- Służy do rozdzielania izotopów uranu, podobnie jak w przypadku sześciofluorku uranu (UF 6 ). Znajduje również zastosowanie przy wydobyciu, przetwarzaniu i rafinacji metali, skał i olejów, a także do hamowania wzrostu i usuwania pleśni.
- Właściwości korozyjne kwasu zostały wykorzystane do rzeźbienia i grawerowania kryształów, zwłaszcza matowych, techniką trawienia.
- Znajduje zastosowanie w produkcji półprzewodników silikonowych, mających wielorakie zastosowanie w rozwoju technologii komputerowej i informatycznej, odpowiedzialnych za rozwój człowieka.
- Stosowany jest w przemyśle motoryzacyjnym jako środek czyszczący, stosowany jako środek do usuwania pleśni na ceramice.
- Oprócz tego, że służy jako półprodukt w niektórych reakcjach chemicznych, kwas fluorowodorowy jest stosowany w niektórych wymieniaczach jonowych, które są zaangażowane w oczyszczanie metali i bardziej złożonych substancji.
- Uczestniczy w przetwórstwie ropy naftowej i jej pochodnych, co pozwoliło na pozyskanie rozpuszczalników do stosowania przy produkcji środków czyszczących i odtłuszczających.
- Służy do wytwarzania środków do galwanizacji i obróbki powierzchni.
- Konsumenci korzystają z wielu produktów, w których wytworzeniu brał udział kwas fluorowodorowy; na przykład niektóre niezbędne do pielęgnacji samochodów, środków czyszczących do mebli, elementów elektrycznych i elektronicznych oraz paliw.
Bibliografia
- PubChem. (2018). Kwas fluorowodorowy. Pobrane 3 kwietnia 2018 r. Z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Kat Day. (16 kwietnia 2013). Kwas, który naprawdę wszystko zjada. Pobrane 3 kwietnia 2018 r.Z: chronicleflask.com
- Wikipedia. (28 marca 2018). Kwas fluorowodorowy. Pobrane 3 kwietnia 2018 r. Z: en.wikipedia.org.
- Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Wydanie czwarte, str. 129, 207-249, 349, 407). Mc Graw Hill.
- Kwas fluorowodorowy. Musc. Uniwersytet Medyczny Karoliny Południowej. Pobrane 3 kwietnia 2018 r. Z: universitydepartments.musc.edu