Гексафторкремниевая кислота
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Гексафторкремниевая кислота | |
| Систематическое название ИЮПАК Дигидрогексафторосиликат | |
| Другие имена Кремнефтористоводородная кислота, кремнефтористоводородная кислота, кремнефтористоводородная кислота, кремнефторид, плавиковая кислота, гексафторсиландиуид оксония, гексафторосиликат оксония (2-) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.037.289 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 1778 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Ф 6 Н 2 Си | |
| Молярная масса | 144.091 g·mol −1 |
| Появление | прозрачная, бесцветная, дымящая жидкость |
| Запах | кислый, острый |
| Плотность | 1,22 г/см 3 (25% раствор.) 1,38 г/см 3 (35% раствор.) 1,46 г/см 3 (61% раствор.) |
| Температура плавления | в. 19 ° C (66 ° F; 292 К) (60–70% раствор) < -30 ° C (-22 ° F; 243 К) (35% раствор) |
| Точка кипения | 108,5 ° C (227,3 ° F; 381,6 К) (разлагается) |
| смешиваемый | |
| Кислотность ( pKa ) | 1.92 [1] |
Показатель преломления ( n D ) | 1.3465 |
| Структура | |
| Октаэдрический SiF 6 2− | |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 | |
| Опасность | |
| H314 | |
| P260 , P264 , P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P321 , P363 , P405 , P501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 430 мг/кг (перорально, крыса) |
| Паспорт безопасности (SDS) | Внешний паспорт безопасности материалов |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Гексафтортитановая кислота Гексафторцирконовая кислота |
Другие катионы | Гексафторосиликат аммония |
Родственные соединения | Гексафторфосфорная кислота Фторборная кислота |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Гексафторкремниевая кислота — неорганическое соединение с химической формулой H.
2 сиф
6 . Водные растворы гексафторкремниевой кислоты состоят из солей катиона и гексафторсиликат-аниона. Эти соли и их водные растворы бесцветны.
Гексафторкремниевая кислота естественным образом производится в вулканах в больших масштабах. [2] [3] Его производят как побочный продукт при производстве фосфорных удобрений . Полученная гексафторкремниевая кислота почти исключительно используется в качестве предшественника трифторида алюминия и синтетического криолита , которые используются при обработке алюминия. Соли, полученные из гексафторкремниевой кислоты, называются гексафторсиликатами .
Структура
[ редактировать ]
Гексафторкремниевая кислота кристаллизуется в виде различных гидратов. К ним относятся ( H 5 O 2 ) 2 SiF 6 , более сложные (H 5 O 2 ) 2 SiF 6 ·2H 2 O и ( H 5 O 2 )(H 7 O 3 )SiF 6 ·4,5H 2 O. Во всех этих солях октаэдрический гексафторсиликатный анион связан водородной связью с катионами. [4]
Водные растворы гексафторкремниевой кислоты часто обозначают как H
2 сиф
6 .
Производство и основные реакции
[ редактировать ]Гексафторкремниевая кислота производится в промышленных масштабах из фторидсодержащих минералов, которые также содержат силикаты. В частности, апатит и фторапатит обрабатывают серной кислотой, чтобы получить фосфорную кислоту , предшественник некоторых водорастворимых удобрений. Это называется процессом влажной фосфорной кислоты . [5] В качестве побочного продукта на тонну HF в результате реакций с участием кремнеземсодержащих минеральных примесей образуется около 50 кг гексафторкремниевой кислоты. [6] : 3
Некоторая часть фторида водорода (HF), образующегося в ходе этого процесса, в свою очередь реагирует с примесями диоксида кремния (SiO 2 ), которые являются неизбежными компонентами минерального сырья, с образованием тетрафторида кремния . Образовавшийся таким образом тетрафторид кремния далее реагирует с HF. [ нужна ссылка ] Чистый процесс можно описать как: [7] [ нужна страница ]
- 6 HF + SiO 2 → SiF 2− 6 + 2 H 3 O +
Гексафторкремниевую кислоту также можно получить обработкой тетрафторида кремния плавиковой кислотой. [7]
Реакции
[ редактировать ]Гексафторкремниевая кислота стабильна только во фтористом водороде или кислых водных растворах. В любых других обстоятельствах он действует как источник плавиковой кислоты . Так, например, гексафторкремниевая кислота в чистом виде или в растворе олеума выделяет тетрафторид кремния до тех пор, пока остаточный фтороводород не восстановит равновесие: [7]
- H 2 SiF 6 ⇌ 2 HF( l ) + SiF 4 ( г )
В водных растворах от щелочных до нейтральных гексафторокремниевая кислота легко гидролизуется до фторид-анионов и аморфного гидратированного кремнезема («SiO 2 »). Сильные основания сначала дают фторсиликатные соли, но при стехиометрическом избытке начинается гидролиз. [7] При концентрациях, обычно используемых для фторирования воды, происходит 99% гидролиз: [6] [8]
- СиФ 2−
6 + 2 Н 2 О → 6 Ф − + SiO 2 + 4 Н +
Щелочные и щелочноземельные соли
[ редактировать ]Нейтрализация растворов гексафторокремниевой кислоты основаниями щелочных металлов дает соответствующие фторосиликатные соли щелочных металлов:
- H 2 SiF 6 + 2 NaOH → Na 2 SiF 6 + 2 H 2 O
Полученная соль Na 2 SiF 6 используется в основном при фторировании воды. Сопутствующие соли аммония и бария производятся аналогично для других применений. При комнатной температуре 15—30%-ная концентрированная кремнефтористоводородная кислота вступает в аналогичные реакции с хлоридами , гидроксидами и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов . [9]
Например, гексафторосиликат натрия можно получить обработкой хлорида натрия ( NaCl ) гексафторкремниевой кислотой: [6] : 3 [10] : 7
- 2NaCl + H 2 SiF 6 Na 2 SiF 6 ↓ + 2 HCl
- BaCl 2 + H 2 SiF 6 БаСиФ 6 ↓ + 2 HCl
Нагревание гексафторосиликата натрия дает тетрафторид кремния : [10] : 8
- Na 2 SiF 6 СиФ 4 + 2 НаФ
Использование
[ редактировать ]Большая часть гексафторкремниевой кислоты превращается во фторид алюминия и синтетический криолит . Эти материалы играют центральную роль в переработке алюминиевой руды в металлический алюминий . Превращение в трифторид алюминия описывается как: [7]
- H 2 SiF 6 + Al 2 O 3 → 2 AlF 3 + SiO 2 + H 2 O
Гексафторкремниевая кислота также превращается во множество полезных гексафторсиликатных солей. Калийная соль, фторосиликат калия , используется в производстве фарфора, магниевая соль для затвердевшего бетона и в качестве инсектицида, а соли бария для люминофоров.
Гексафторкремниевая кислота и ее соли используются в качестве консервантов древесины . [11]
Рафинирование свинца
[ редактировать ]Гексафторкремниевая кислота также используется в качестве электролита в электролитическом процессе Беттса для очистки свинца.
Средства для удаления ржавчины
[ редактировать ]Гексафторкремниевая кислота (обозначенная на этикетке как кремнефтористоводородная кислота) вместе с щавелевой кислотой являются активными ингредиентами, используемыми в чистящих средствах для удаления ржавчины Iron Out , которые по сути представляют собой разновидность кислоты для стирки .
Нишевые приложения
[ редактировать ]H 2 SiF 6 — специализированный реагент в органическом синтезе для расщепления связей Si–O силиловых эфиров . Для этой цели он более реактивен, чем HF. Он быстрее реагирует с , чем с эфирами триизопропилсилила эфирами трет-бутилдиметилсилила (TBDMS) ( TIPS ) . [12]
Обработка бетона
[ редактировать ]Нанесение гексафторокремниевой кислоты на поверхность, богатую кальцием, такую как бетон, придаст этой поверхности некоторую устойчивость к воздействию кислоты. [13]
- СаСО 3 + Н 2 О → Са 2+ + 2 ОН − + СО 2
- Н 2 SiF 6 → 2 Н + + СиФ 2−
6 - СиФ 2−
6 + 2 Н 2 О → 6 Ф − + SiO 2 + 4 Н + - Что 2+ + 2 Ж − → КаФ 2
Фторид кальция (CaF 2 ) представляет собой нерастворимое твердое вещество, устойчивое к кислотам.
Природные соли
[ редактировать ]Некоторые редкие минералы, встречающиеся в вулканических или угольных фумаролах, представляют собой соли гексафторокремниевой кислоты. Примеры включают гексафторосиликат аммония , который в природе встречается в виде двух полиморфных модификаций: криптогалита и барарита . [14] [15] [16]
Безопасность
[ редактировать ]Гексафторкремниевая кислота может выделять фторид водорода (HF) при испарении, поэтому она несет аналогичные риски. Вдыхание паров может вызвать отек легких . Как и фтористый водород, он разъедает стекло и керамику . [17] Значение ЛД . 50 гексафторкремниевой кислоты составляет 430 мг/кг [6]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перрин, Д.Д., изд. (1982) [1969]. Константы ионизации неорганических кислот и оснований в водных растворах . Химические данные ИЮПАК (2 nd ред.). Оксфорд: Пергамон (опубликовано в 1984 г.). Запись 91. ISBN. 0-08-029214-3 . LCCN 82-16524 .
- ^ Палаш К., Берман Х. и Фрондел К. (1951) Система минералогии Даны, Том II: Галогениды, нитраты, бораты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, арсенаты, вольфраматы, молибдаты и т. д. Джон Уайли и Sons, Inc., Нью-Йорк, 7-е издание.
- ^ Энтони, Дж.В., Бидо, Р.А., Блад, К.В., и Николс, MC (1997) Справочник по минералогии, Том III: Галогениды, гидроксиды, оксиды. Издательство Mineral Data Publishing, Тусон.
- ^ Перейти обратно: а б Моотц, Д.; Оллерс, Э.-Дж. (1988). «Кристаллические гидраты гексафторкремниевой кислоты: комбинированное фазово-аналитическое и структурное исследование». Журнал неорганической и общей химии . 559 : 27–39. дои : 10.1002/zaac.19885590103 .
- ^ Геологическая служба США. Плавиковый шпат .
- ^ Перейти обратно: а б с д «Гексафторосиликат натрия [CASRN 16893-85-9] и кремнефтористоводородная кислота [CASRN 16961-83-4] Обзор токсикологической литературы» (PDF) . Национальная программа токсикологии (США) . Архивировано (PDF) из оригинала 22 октября 2012 года . Проверено 13 июля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Эгеперс, Ж.; Моллард, П.; Девильерс, Д.; Чемла, М.; Фарон, Р.; Романо, Р.; Куэр, JP (2005). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_307 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Финни, Уильям Ф.; Уилсон, Эрин; Каллендер, Эндрю; Моррис, Майкл Д.; Бек, Ларри В. (2006). «Повторное исследование гидролиза гексафторосиликата 19 F-ЯМР и измерение pH». Environ. Sci. Technol . 40 (8): 2572–2577. Bibcode : 2006EnST...40.2572F . doi : 10.1021/es052295s . PMID 16683594 .
- ^ Хоффман С.Дж., Гутовски Х.С., Шумб В.К., Брек Д.В. (1953). Тетрафторид кремния . Неорганические синтезы. Том. 4. С. 147–8. дои : 10.1002/9780470132357.ch47 .
- ^ Перейти обратно: а б Нам предоставлен A345458 , Кейт, К. Хансен и Л. Явс, Карл, «Патент на получение тетрафторида кремния», опубликовано 3 января 1982 г., выдано в 1982 г.
- ^ Карстен Май, Хольгер Милитц (2004). «Модификация древесины соединениями кремния. Неорганические соединения кремния и золь-гель системы: обзор». Наука и технология древесины . 37 (5): 339. doi : 10.1007/s00226-003-0205-5 . S2CID 9672269 .
- ^ Пилчер, А.С.; ДеШонг, П. (2001). «Фторкремниевая кислота». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Джон Уайли и сыновья. дои : 10.1002/047084289X.rf013 . ISBN 0471936235 .
- ^ Свойства бетона А.М. Невилла
- ^ «Криптогалит» .
- ^ «Барарит» .
- ^ Крушевский, Лукаш; Фабьянска, Моника Ю.; Сегит, Томаш; Кусы, Данута; Мотылинский, Рафал; Цесельчук, Юстина; Депутат Ева (2020). «Азотуглеродистые соединения, спирты, меркаптаны, монотерпены, ацетаты, альдегиды, кетоны, SF6, PH3 и другие пожарные газы в отвалах угледобывающих предприятий Верхнесилезского угольного бассейна (Польша) – повторное исследование методами in situ Подход к внешней базе данных FTIR». Наука об общей окружающей среде . 698 : 134274. Бибкод : 2020ScTEn.698m4274K . doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.134274 . ПМИД 31509784 . S2CID 202563638 .
- ^ «Кремнефтористоводородная кислота – Международные карты химической безопасности» . НИОШ . Проверено 10 марта 2015 г.