плавиковая кислота
Имена | |||
---|---|---|---|
Название ИЮПАК Флюоран [1] | |||
Другие имена плавиковая кислота Гидроксония фторид | |||
Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol ) | |||
ЧЭБИ | |||
ХимическийПаук | |||
Номер ЕС |
| ||
ПабХим CID | |||
номер РТЭКС |
| ||
НЕКОТОРЫЙ | |||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
Характеристики | |||
ВЧ (водн.) | |||
Появление | Бесцветная жидкость | ||
Плотность | 1,15 г/мл (для 48% раствор.) | ||
Кислотность ( pKa ) | 3.17 [2] | ||
Опасности [3] | |||
СГС Маркировка : | |||
Опасность | |||
Х280 , Х300+Х310+Х330 , Х314 | |||
P260 , P262 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301+P310 , P301+P330+P331 , P302+P350 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , П310 , П320 , П321 , P322 , P330 , P361 , P363 , P403+P233 , P405 , P410+P403 , P501 | |||
NFPA 704 (огненный алмаз) | |||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). |
Плавиковая кислота представляет собой раствор фтористого водорода (HF) в воде . Растворы HF бесцветны, кислы и очень агрессивны . Обычно концентрация составляет 49% (48-52%), но существуют и более сильные растворы (например, 70%), а чистая HF имеет температуру кипения, близкую к комнатной температуре. Он используется для производства большинства фторсодержащих соединений; примеры включают широко используемый фармацевтический антидепрессант флуоксетин (Прозак) и материал ПТФЭ (тефлон). элементарный фтор Из него получают . Его обычно используют для травления стеклянных и кремниевых пластин.
Использование
[ редактировать ]Производство фторорганических соединений
[ редактировать ]Основное применение плавиковой кислоты — во фторорганической химии . Многие фторорганические соединения получают с использованием HF в качестве источника фтора, включая тефлон , фторполимеры , фторуглероды и хладагенты , такие как фреон . Многие фармацевтические препараты содержат фтор. [4]
Производство неорганических фторидов
[ редактировать ]Большинство объемных неорганических фторидных соединений получают из плавиковой кислоты. Na 3 AlF 6 В первую очередь это криолит и AlF 3 алюминия трифторид . Расплавленная смесь этих твердых веществ служит высокотемпературным растворителем при производстве металлического алюминия . Другие неорганические фториды, полученные из плавиковой кислоты, включают фторид натрия и гексафторид урана . [4]
Травитель, очиститель
[ редактировать ]Он используется в полупроводниковой промышленности в качестве основного компонента травления Райта и буферного оксидного травления , которые используются для очистки кремниевых пластин . Аналогичным образом его также используют для травления стекла путем обработки диоксидом кремния с образованием газообразных или водорастворимых фторидов кремния. Его также можно использовать для полировки и матирования стекла. [5]
Гель плавиковой кислоты с концентрацией от 5% до 9% также обычно используется для протравливания всех керамических реставраций зубов с целью улучшения сцепления. [6] По тем же причинам разбавленная плавиковая кислота входит в состав бытовых пятновыводителей от ржавчины, при мойке автомобилей , в составах для чистки колес, в ингибиторах ржавчины для керамики и ткани, а также в пятновыводителях для воды. [5] [7] Благодаря своей способности растворять оксиды железа, а также примеси на основе кремнезема, плавиковая кислота используется в пуско-наладочных котлах, производящих пар высокого давления. Плавиковая кислота также полезна для растворения образцов горных пород (обычно порошкообразных) перед анализом. Аналогичным образом эта кислота используется при кислотной мацерации для извлечения органических окаменелостей из силикатных пород. Ископаемые породы можно погрузить непосредственно в кислоту или из нитрата целлюлозы можно нанести пленку (растворенную в амилацетате ), которая прилипает к органическому компоненту и позволяет камню растворяться вокруг него. [8]
Нефтепереработка
[ редактировать ]В стандартном процессе нефтепереработки , известном как алкилирование , изобутан алкилируется низкомолекулярными алкенами (в первую очередь смесью пропилена и бутилена ) в присутствии кислотного катализатора, полученного из плавиковой кислоты. Катализатор протонирует алкены (пропилен, бутилен) с образованием реакционноспособных карбокатионов , которые алкилируют изобутан. Реакцию проводят при умеренных температурах (0 и 30 °C) в двухфазной реакции.
Производство
[ редактировать ]Плавиковая кислота была впервые получена в 1771 году Карлом Вильгельмом Шееле . [9] В настоящее время его в основном производят путем обработки минерала флюорита CaF 2 концентрированной серной кислотой при температуре примерно 265°C.
- CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4
Кислота также является побочным продуктом производства фосфорной кислоты из апатита и фторапатита . При разложении минерала серной кислотой при повышенных температурах выделяется смесь газов, в том числе фтористый водород, который можно восстановить. [4]
Из-за своей высокой реакционной способности по отношению к стеклу плавиковая кислота хранится в контейнерах из фторированного пластика (часто из ПТФЭ ). [4] [5]
Характеристики
[ редактировать ]В разбавленном водном растворе фтороводород ведет себя как слабая кислота. [10] С помощью инфракрасной спектроскопии показано, что в растворе диссоциация сопровождается образованием ионной пары H3H3O + ·Ф − . [11] [12]
Эта ионная пара была охарактеризована в кристаллическом состоянии при очень низкой температуре. [13] Дальнейшая ассоциация охарактеризована как в растворе, так и в твердом состоянии. [ нужна ссылка ]
- ВЧ + Ф − ⇌ ВЧ −
2 log К = 0,6
Предполагается, что полимеризация происходит с увеличением концентрации. В пользу этого предположения свидетельствует выделение соли тетрамерного аниона H
33F −
4 [14] и методом низкотемпературной рентгеновской кристаллографии. [13] Не все виды, присутствующие в концентрированных водных растворах фторида водорода, охарактеризованы; помимо ВЧ −
2 что известно [11] образование других полимерных частиц, H
п -1 Ф −
п ., весьма вероятно.
Функция кислотности Гаммета , H 0 , для 100% HF впервые была указана как -10,2, [15] в то время как более поздние компиляции показывают -11, что сопоставимо со значениями около -12 для чистой серной кислоты . [16] [17]
Кислотность
[ редактировать ]В отличие от других галоидоводородных кислот , таких как соляная кислота , фтороводород является слабой кислотой только в разбавленном водном растворе. [18] Частично это является результатом прочности связи водород-фтор, но также и других факторов, таких как тенденция HF, H
2 О и Ф −
анионы образуют кластеры. [19] При высоких концентрациях молекулы HF подвергаются гомоассоциации с образованием многоатомных ионов (таких как бифторид , HF −
2 ) и протоны , что значительно увеличивает кислотность. [20] Это приводит к протонированию очень сильных кислот, таких как соляная, серная или азотная кислоты, при использовании концентрированных растворов плавиковой кислоты. [21] Хотя плавиковая кислота считается слабой кислотой, она очень коррозионна и даже разъедает стекло в гидратированном состоянии. [20]
Разбавленные растворы являются слабокислыми с кислотной константой ионизации K a = 6,6 × 10. −4 (или p K a = 3,18 ), [10] в отличие от соответствующих растворов других галогеноводородов, которые являются сильными кислотами ( p K a < 0 ). Однако концентрированные растворы фтористого водорода имеют гораздо более сильную кислотность, чем предполагает это значение, как показывают измерения функции кислотности Гаммета H 0 (или «эффективного pH»). При самоионизации 100% жидкой HF H 0 впервые был измерен как -10,2. [15] и позже составил -11, что сопоставимо со значениями около -12 для серной кислоты . [16] [17]
С термодинамической точки зрения растворы HF весьма неидеальны : активность HF растет гораздо быстрее, чем его концентрация. HF Слабую кислотность в разбавленном растворе иногда объясняют высокой прочностью связи , которая в сочетании с высокой энтальпией растворения HF перевешивает более отрицательную энтальпию гидратации фторид-иона. [22] Поль Жигер и Сильвия Террелл [11] [12] показали с помощью инфракрасной спектроскопии , что преобладающими видами растворенных веществ в разбавленном растворе являются ионные пары с водородными связями. H3H3O + ·Ф − . [23]
- Н 2 О + HF ⇌ H3H3O + ⋅F −
С увеличением концентрации HF увеличивается и концентрация иона дифторида водорода . [11] Реакция
- 3 ВЧ ⇌ ВЧ −
2 + Ч 2 Ф +
является примером гомоконъюгации .
Здоровье и безопасность
[ редактировать ]Эта статья нуждается в более надежных медицинских ссылках для проверки или слишком сильно полагается на первоисточники . ( ноябрь 2019 г. ) |
Плавиковая кислота не только является очень агрессивной жидкостью, но и является сильным контактным ядом . Из-за способности плавиковой кислоты проникать в ткани отравление может легко произойти при попадании на кожу или в глаза, а также при вдыхании или проглатывании. Симптомы воздействия плавиковой кислоты могут проявиться не сразу, и это может дать жертвам ложную уверенность, заставляя их откладывать медицинское лечение. [24] Несмотря на раздражающий запах, HF может достигать опасных уровней без явного запаха. [5] ВЧ нарушает функцию нервов, а это означает, что ожоги поначалу могут быть безболезненными. Случайное воздействие может остаться незамеченным, что приводит к задержке лечения и увеличению степени и серьезности травмы. [24] Симптомы воздействия ВЧ включают раздражение глаз, кожи, носа и горла, ожоги глаз и кожи, ринит , бронхит , отек легких (накопление жидкости в легких) и повреждение костей. [25] из-за сильного взаимодействия HF с кальцием в костях. [26] В концентрированной форме HF может вызвать тяжелую деструкцию тканей через очаги поражения и повреждения слизистых оболочек. HF все еще опасен в менее концентрированной форме из-за его высокого сродства к липидам, приводящего к гибели клеток нервов, кровеносных сосудов, сухожилий, костей и других тканей. [27]
Плавиковые ожоги лечат гелем глюконата кальция .
В популярной культуре
[ редактировать ]- В эпизодах « Кошка в мешке... » и « Разрез коробок » криминального драматического телесериала « Во все тяжкие» Уолтер Уайт и Джесси Пинкман используют плавиковую кислоту для химического расщепления тел гангстеров. [28] [29]
- В фильме ужасов 2009 года « Пила VI» главный герой фильма Уильям Истон погибает, когда ему вводят иглы, содержащие плавиковую кислоту, и он плавится изнутри.
См. также
[ редактировать ]- Разложение паровой фазы
- Взрыв на нефтеперерабатывающем заводе Philadelphia Energy Solutions, 2019 г.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фавр, Анри А.; Пауэлл, Уоррен Х., ред. (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 . Кембридж: Королевское химическое общество . п. 131. ИСБН 9781849733069 .
- ^ Харрис, Дэниел К. (2010). Количественный химический анализ (8-е международное изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. АП14. ISBN 978-1429263092 .
- ^ «Плавиковая кислота» . ПабХим . Национальный институт здоровья . Проверено 12 октября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с д Эгеперс, Жан; Моллард, Поль; Девильерс, Дидье; Чемла, Мариус; Фарон, Роберт; Романо, Рене; Куэр, Жан Пьер (2000). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_307 . ISBN 3527306730 .
- ^ Jump up to: а б с д «Фтороводород/фтористоводородная кислота: системный агент» . База данных по безопасности и здоровью при реагировании на чрезвычайные ситуации . НИОШ – CDC. 12 мая 2011 г. Архивировано из оригинала 7 декабря 2015 г. Проверено 4 декабря 2015 г.
- ^ Крейг, Роберт (2006). Реставрационные стоматологические материалы Крейга . Сент-Луис, Миссури: Мосби Эльзевир. ISBN 0-323-03606-6 . OCLC 68207297 .
- ^ Страчан, Джон (январь 1999 г.). «Смертельное полоскание: опасность плавиковой кислоты» . Профессиональная мойка и детейлинг автомобилей . 23 (1). Архивировано из оригинала 25 апреля 2012 года.
- ^ Эдвардс, Д. (1982). «Фрагментарные микроокаменелости бессосудистых растений из позднего силура Уэльса». Ботанический журнал Линнеевского общества . 84 (3): 223–256. дои : 10.1111/j.1095-8339.1982.tb00536.x .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . п. 921. ИСБН 978-0-08-022057-4 .
- ^ Jump up to: а б Ральф Х. Петруччи; Уильям С. Харвуд; Джеффри Д. Мадура (2007). Общая химия: принципы и современные приложения . Пирсон/Прентис Холл. п. 691. ИСБН 978-0-13-149330-8 . Проверено 22 августа 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д Жигер, Поль А .; Террелл, Сильвия (1980). «Природа плавиковой кислоты. Спектроскопическое исследование протонпереносящего комплекса H 3 O + ...Ф − ". J. Am. Chem. Soc. 102 (17): 5473. doi : 10.1021/ja00537a008 .
- ^ Jump up to: а б Раду Ифтимие; Вибин Томас; Сильвен Плесси; Патрик Маршан; Патрик Айотт (2008). «Спектральные характеристики и молекулярное происхождение промежуточных продуктов диссоциации кислот». Дж. Ам. хим. Соц. 130 (18): 5901–7. дои : 10.1021/ja077846o . ПМИД 18386892 .
- ^ Jump up to: а б Моотц, Д. (1981). «Кристаллохимическая корреляция с аномалией плавиковой кислоты». Энджью. хим. Межд. Эд. англ . 20 (123): 791. doi : 10.1002/anie.198107911 .
- ^ Бунич, Тина; Трамшек, Мелита; Горешник, Евгений; Жемва, Борис (2006). «Тригидротетрафторид бария состава Ba(H 3 F 4 ) 2 : первый пример гомолептического металлического окружения HF». Науки о твердом теле . 8 (8): 927–931. Бибкод : 2006SSSci...8..927B . doi : 10.1016/j.solidstatesciences.2006.02.045 .
- ^ Jump up to: а б Хайман, Герберт Х.; Килпатрик, Мартин; Кац, Джозеф Дж. (1957). «Функция кислотности Гаммета H 0 для растворов плавиковой кислоты». Журнал Американского химического общества . 79 (14). Американское химическое общество (ACS): 3668–3671. дои : 10.1021/ja01571a016 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Jump up to: а б Джолли, Уильям Л. (1984). Современная неорганическая химия . МакГроу-Хилл. п. 203. ИСБН 0-07-032768-8 . ОСЛК 22861992 .
- ^ Jump up to: а б Коттон, Флорида ; Уилкинсон, Г. (1988). Продвинутая неорганическая химия (5-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. п. 109. ИСБН 0-471-84997-9 . OCLC 16580057 .
- ^ Виберг, Эгон; Виберг, Нильс; Холлеман, Арнольд Фредерик (2001). Неорганическая химия . Сан-Диего: Академическая пресса. п. 425. ИСБН 978-0-12-352651-9 .
- ^ Кларк, Джим (2002). «Кислотность галогеноводородов» . Проверено 4 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Чемберс, К.; Холлидей, АК (1975). Современная неорганическая химия (Промежуточный текст) (PDF) . Группа Баттерворта. стр. 328–329. Архивировано из оригинала (PDF) 23 марта 2013 г.
- ^ Ханнан, Генри Дж. (2010). Курс химии для IIT-JEE 2011 . Тата МакГроу Хилл Образовательная Частная Лимитед. стр. 15–22. ISBN 9780070703360 .
- ^ CE Housecroft и AG Sharpe «Неорганическая химия» (Pearson Prentice Hall, 2-е изд. 2005 г.), стр. 170.
- ^ Коттон и Уилкинсон (1988) , с. 104
- ^ Jump up to: а б Ямасита М, Ямасита М, Сузуки М, Хираи Х, Кадзигая Х (2001). «Ионофоретическая доставка кальция при экспериментальных ожогах плавиковой кислотой». Крит. Уход Мед . 29 (8): 1575–8. дои : 10.1097/00003246-200108000-00013 . ПМИД 11505130 . S2CID 45595073 .
- ^ «Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям – фторид водорода» . CDC . Проверено 28 ноября 2015 г.
- ^ «Информационный бюллетень о плавиковой кислоте» (PDF) . Департамент экологической безопасности, устойчивого развития и рисков . Университет Мэриленда . Проверено 11 марта 2024 г.
Молекула HF может вызвать глубокое повреждение тканей, включая разрушение кости. ... когда ионы фтора связываются с кальцием и магнием
- ^ Байрактарова-Валякова Е, Коруноска-Стевковска В, Георгиева С, Ивановский К, Байрактарова-Мисевска С, Мийоска А, Грозданов А (2018). «Плавиковая кислота: ожоги и системная токсичность, защитные меры, неотложная и стационарная медицинская помощь» . Открытый доступ Maced J Med Sci . 6 (11): 2257–69. дои : 10.3889/oamjms.2018.429 . ПМК 6290397 . ПМИД 30559898 .
- ^ «Насколько наука в «Во все тяжкие» реальна?» . Новости Би-би-си . 16 августа 2013 г. Архивировано из оригинала 17 августа 2023 г.
- ^ Заяц, Джонатан (1 мая 2011 г.). «Во все тяжкие II – избавление от тел в кислотной ванне» . образование по химии . Королевское химическое общество. Архивировано из оригинала 10 июня 2023 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Международная карта химической безопасности 0283
- Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
- CID 14917 от PubChem (HF)
- CID 144681 от PubChem (5HF)
- CID 141165 от PubChem (6HF)
- CID 144682 от PubChem (7HF)
- «Ожог плавиковой кислотой» , Медицинский журнал Новой Англии — исследование случая ожога кислотой.