FLUOREK WAPNIA (CAF2): STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - FIZYCZNY - 2025

Fluorek wapnia jest nieorganiczny stałe zawiera atom wapnia (Ca) i dwa atomy fluoru (F). Jego wzór chemiczny to CaF ₂ i jest to krystaliczne, szaro-białe ciało stałe.

W naturze występuje w mineralnym fluorycie lub fluorycie. Występuje naturalnie w kościach i zębach. Mineralny fluoryt jest głównym źródłem pozyskiwania innych związków fluoru.

Stały fluorek wapnia CaF ₂ . w: User: Walkerma w czerwcu 2005. Źródło: Wikimedia Commons.

Ponadto CaF ₂ służy do zapobiegania próchnicy zębów, dlatego jest dodawany do materiałów używanych przez dentystów do ich leczenia. W rzeczywistości fluorek wapnia jest również dodawany do wody pitnej (wody pitnej), dzięki czemu populacja czerpie korzyści z jego spożycia i mycia zębów.

CaF ₂ jest stosowany w postaci dużych kryształów w urządzeniach optycznych i aparatach. Jest również stosowany w małych urządzeniach, które służą do wykrywania, jak bardzo dana osoba była narażona na promieniowanie.

Struktura

Fluorek wapnia CaF ₂ jest związkiem jonowym utworzonym przez kation wapnia Ca ²⁺ i dwa fluorkowe aniony F ^- . Jednak niektóre źródła informacji wskazują, że ich powiązania mają pewien charakter kowalencyjny.

Struktura fluorku wapnia CaF ₂ . Niebieski: wapń; Żółty fluor. Claudio Pistilli. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

Fluorek wapnia

Nieruchomości

Stan fizyczny

Ciało stałe bezbarwne do szarawobiałego o sześciennej strukturze krystalicznej.

Sześcienna struktura krystaliczna CaF ₂ . Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

78,07 g / mol

Temperatura topnienia

1418 ºC

Temperatura wrzenia

2533 ºC

Gęstość

3,18 g / cm ³ w 20 ° C

Współczynnik załamania światła

1.4328

Rozpuszczalność

Jest nierozpuszczalny w wodzie w temperaturze 20 ° C. Prawie nierozpuszczalny w 25 ° C: 0,002 g / 100 ml wody. Słabo rozpuszczalny w kwasach.

Właściwości chemiczne

Jego właściwości utleniające lub redukujące są bardzo słabe, jednak takie reakcje mogą wystąpić. Chociaż ogólnie w bardzo niewielu przypadkach.

Jest obojętny na organiczne substancje chemiczne i wiele kwasów, w tym kwas fluorowodorowy HF. Powoli rozpuszcza się w kwasie azotowym HNO ₃ .

Nie jest łatwopalny. Nie reaguje szybko z powietrzem ani wodą.

Ze względu na niskie powinowactwo do wody, nawet jeśli jest narażona na wysoki procent wilgoci, nie ma na nią wpływu nawet przez miesiąc w normalnej temperaturze pokojowej.

W obecności wilgoci ściany jego kryształów rozpuszczają się powoli w temperaturach powyżej 600 ° C. W suchym środowisku można go używać w temperaturze do około 1000 ° C bez znaczącego wpływu.

Obecność w przyrodzie

Fluorek wapnia CaF ₂ występuje naturalnie w mineralnym fluorycie lub fluorycie.

Chociaż czysty CaF ₂ jest bezbarwny, mineralny fluoryt jest często zabarwiony obecnością elektronów uwięzionych w „dziurach” struktury kryształu.

Minerał ten jest wysoko ceniony ze względu na szklisty połysk i różnorodność kolorów (fioletowy, niebieski, zielony, żółty, bezbarwny, brązowy, różowy, czarny i czerwonawo-pomarańczowy). Mówi się, że jest to „najbardziej kolorowy minerał na świecie”.

Fluoryt z kopalni we Francji. Muséum de Toulouse. Źródło: Wikimedia Commons.

Fluoryt (niebieskie kryształy) z Muzeum Naturalnego w Mediolanie. Giovanni Dall'Orto. Źródło: Wikimedia Commons.

Fluoryt z kopalni w Anglii. Didier Descouens. Źródło: Wikimedia Commons.

Fluoryt z kopalni we Francji. Didier Descouens. Źródło: Wikimedia Commons.

Fluoryt z kopalni w USA. Autor: Jurema Oliveira. Źródło: Wikimedia Commons.

Fluorek wapnia znajduje się również w kościach w ilości od 0,2 do 0,65%, a także w szkliwie zębów w 0,33-0,59%.

Aplikacje

- W otrzymywaniu związków fluoru

Mineralny fluoryt CaF ₂ jest podstawowym lub większościowym źródłem fluoru na całym świecie. Jest surowcem do wytwarzania prawie wszystkich związków fluoru.

Najważniejszym z nich jest kwas fluorowodorowy HF, z którego otrzymywane są inne związki fluorowe. Jon fluorkowy F ^- jest uwalniany z minerału w reakcji ze stężonym kwasem siarkowym H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (ciało stałe) + H ₂ SO ₄ (płyn) → CaSO ₄ (ciało stałe) + 2 HF (gaz)

- W pielęgnacji zębów

Fluorek wapnia CaF ₂ jest środkiem zapobiegającym próchnicy. Służy do fluoryzacji wody pitnej (wody, którą można pić).

Ponadto niskie stężenie F ^- fluorek (rzędu 0,1 części na milion) i są stosowane w pastach do zębów i płyny do płukania ust okazały się mieć ogromny wpływ na pozytywny próchnicy zapobiegawcze pielęgnacji jamy ustnej.

Fluorek wapnia pomaga w zapobieganiu próchnicy. Autor: Annalise Batista. Źródło: Pixabay.

Nanocząsteczki CaF

Chociaż fluorki są używane w pastach do zębów i płukankach, niskie stężenie wapnia (Ca) w ślinie powoduje, że złogi CaF _{2 nie} odkładają się na zębach tak skutecznie, jak to tylko możliwe.

Dlatego opracowano sposób na otrzymywanie proszku CaF _{2 w} postaci nanocząstek.

W tym celu stosuje się suszarkę rozpyłową (z angielskiej suszarki rozpyłowej), w której dwa roztwory (jeden z wodorotlenku wapnia Ca (OH) ₂ i jeden z fluorku amonu NH ₄ F) są mieszane, podczas gdy są rozpylane w komorze z przepływem gorącego powietrza.

Następnie zachodzi następująca reakcja:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (ciało stałe) + NH ₄ OH

NH ₄ OH ulatnia się w postaci NH ₃ i H ₂ O, a nanocząstki CaF ₂ pozostają .

Charakteryzują się wysoką reaktywnością i większą rozpuszczalnością, dzięki czemu są bardziej skuteczne w remineralizacji zębów oraz jako przeciwpróchnicze.

- W soczewkach do sprzętu optycznego

Fluorek wapnia jest używany do budowy elementów optycznych, takich jak pryzmaty i okienka spektrofotometrów światła podczerwonego i ultrafioletowego (UV).

Urządzenia te pozwalają nam mierzyć ilość światła pochłanianego przez materiał, gdy przez niego przechodzi.

CaF ₂ jest przezroczysty w takich obszarach widma światła, ma wyjątkowo niski współczynnik załamania światła i umożliwia lepszą rozdzielczość niż w przypadku NaCl w zakresie 1500-4000 cm ^{- 1} .

Dzięki swojej stabilności chemicznej wytrzymuje niekorzystne warunki, dzięki czemu elementy optyczne CaF ₂ nie są atakowane. Ma również wysoką twardość.

W aparatach

Niektórzy producenci aparatów fotograficznych używają sztucznie skrystalizowanych soczewek CaF _{2 w} celu zmniejszenia rozpraszania światła i uzyskania doskonałej korekcji zniekształceń kolorów.

Niektóre aparaty mają soczewki z fluorku wapnia CaF ₂ , które redukują zniekształcenia kolorów. Bill Ebbesen. Źródło: Wikimedia Commons.

- W przemyśle metalurgicznym

CaF ₂ jest stosowany jako topnik w przemyśle metalurgicznym, ponieważ jest źródłem wapnia nierozpuszczalnego w wodzie i dlatego jest skuteczny w zastosowaniach wrażliwych na tlen.

Służy do topienia i obróbki żelaza i stali w postaci płynnej. Wynika to z faktu, że ma on temperaturę topnienia podobną do żelaza, a także może rozpuszczać tlenki i metale.

- W detektorach radioaktywności lub niebezpiecznego promieniowania

CaF ₂ to materiał termoluminescencyjny. Oznacza to, że może absorbować promieniowanie w elektronach swojej struktury krystalicznej, a później, po podgrzaniu, uwalniać je w postaci światła.

To emitowane światło można zmierzyć za pomocą sygnału elektrycznego. Sygnał ten jest proporcjonalny do ilości promieniowania otrzymanego przez materiał. Oznacza to, że im większa ilość otrzymanego promieniowania, tym większa ilość światła, które wyemituje po podgrzaniu.

Dlatego CaF ₂ jest używany w tak zwanych dozymetrach osobistych, z których korzystają osoby narażone na niebezpieczne promieniowanie i chcą wiedzieć, ile promieniowania otrzymały w danym okresie.

- Inne zastosowania

- Stosowany jest jako katalizator w reakcjach chemicznych odwodnienia i odwodornienia do syntezy związków organicznych.

- Stosowany w alkalicznych elektrodach spawalniczych. Uzyskuje się mocniejszą spoinę niż w przypadku elektrod kwasowych. Elektrody te są przydatne w produkcji statków i zbiorników ze stali wysokociśnieniowej.

- Jako suplement diety w bardzo małych ilościach (ppm lub części na milion).

Spawanie człowieka. Elektrody z fluorku wapnia CaF ₂ tworzą mocniejsze spoiny. William M. Plate Jr .. Źródło: Wikimedia Commons.

Bibliografia

1. Pirmoradian, M. i Hooshmand, T. (2019). Remineralizacja i właściwości antybakteryjne nanokompozytów dentystycznych na bazie żywic. Synteza i charakterystyka fluorku wapnia (CaF ₂ ). W zastosowaniach materiałów nanokompozytowych w stomatologii. Odzyskany z sciencedirect.com.
2. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Fluorek wapnia. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Spawanie ręczne łukiem metalowym (MMA) elektrodami otulonymi. W Podręczniku procesów spawalniczych (wydanie drugie). Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Hanning, M. i Hanning, C. (2013). Nanobiomateriały w stomatologii zachowawczej. Fluorek wapnia w postaci nanometrycznej. W Nanobiomaterials in Clinical Dentistry. Odzyskany z sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Grupa 17 (H, F, Cl, Br, I) związki ziem alkalicznych. Fluorek wapnia. W Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
7. Valkovic, V. (2000). Pomiary radioaktywności. W radioaktywności w środowisku. Detektory termoluminescencyjne (TLD). Odzyskany z sciencedirect.com.