Фтористый водород - Hydrogen fluoride

Фтористый водород
Фтористый водород.svg
Фтористый водород-2D-sizes.svg
Фтористый водород-3D-vdW.svg
Имена
Другие имена
Флуоран
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.028.759 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
Номер RTECS
  • MW7875000
UNII
Номер ООН1052
Характеристики
HF
Молярная масса20.006 г · моль−1
Внешностьбесцветный газ или бесцветная жидкость (ниже 19,5 ° C)
Плотность1,15 г / л, газ (25 ° C)
0,99 г / мл, жидкость (19,5 ° C)
1,663 г / мл, твердое (–125 ° C)
Температура плавления -83,6 ° С (-118,5 ° F, 189,6 К)
Точка кипения 19,5 ° С (67,1 ° F, 292,6 К)
полностью смешивается (жидкость)
Давление газа783 мм рт. Ст. (20 ° С)[1]
Кислотность (пKа)3,17 (в воде),

15 (в ДМСО) [2]

Конъюгированная кислотаФлюороний
Основание конъюгатаФторид
1.00001
Структура
Линейный
1.86 D
Термохимия
8,687 Дж / г К (газ)
−13,66 кДж / г (газ)
−14,99 кДж / г (жидкость)
Опасности
Пиктограммы GHSGHS05: Коррозийный GHS06: Токсично
Сигнальное слово GHSОпасность
H300, H310, H314, H330
P260, P262, P264, P270, P271, P280, P284, P301 + 310, P301 + 330 + 331, P302 + 350, P303 + 361 + 353, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P310, P320, P321, P322, P330, P361, P363, P403 + 233, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
1276 частей на миллион (крыса, 1 час)
1774 частей на миллион (обезьяна, 1 час)
4327 частей на миллион (морская свинка, 15 мин)[3]
313 частей на миллион (кролик, 7 часов)[3]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 3 частей на миллион[1]
REL (Рекомендуемые)
TWA 3 частей на миллион (2,5 мг / м3) C 6 частей на миллион (5 мг / м3) [15 минут][1]
IDLH (Непосредственная опасность)
30 частей на миллион[1]
Родственные соединения
Другой анионы
Хлористый водород
Бромистый водород
Йодистый водород
Водородный астатид
Другой катионы
Фторид натрия
Фторид калия
Фторид рубидия
Фторид цезия
Родственные соединения
Вода
Аммиак
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверять (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Фтористый водород это химическое соединение с химическая формула ЧАСF. Этот бесцветный газ или жидкость является основным промышленным источником фтор, часто как водный решение называется плавиковая кислота. Это важное сырье для получения многих важных соединений, включая фармацевтические препараты и полимеры, например политетрафторэтилен (Тефлон). ВЧ широко используется в нефтехимическая промышленность как компонент суперкислоты. Фтороводород кипит около комнатной температуры, намного выше, чем у других галогениды водорода.

Фтористый водород - очень опасный газ, образующий коррозионную проникающую фтористоводородную кислоту при контакте с влагой. Газ также может вызвать слепоту из-за быстрого разрушения роговица.

История

В 1771 г. Карл Вильгельм Шееле приготовили водный раствор, плавиковая кислота в больших количествах, хотя плавиковая кислота была известна в стекольная промышленность до этого. французский химик Эдмон Фреми (1814–1894) приписывают открытие безводный фтороводород (HF) при попытке изолировать фтор.

Структура и реакции

Строение цепочек HF в кристаллическом фтороводороде.

Хотя HF является двухатомной молекулой, он образует относительно сильные межмолекулярные соединения. водородные связи. Твердый HF состоит из зигзагообразных цепочек молекул HF. Молекулы HF с короткой связью H – F 95 пм связаны с соседними молекулами межмолекулярными расстояниями H – F 155 пм.[4] Жидкий HF также состоит из цепочек молекул HF, но цепи короче и состоят в среднем всего из пяти или шести молекул.[5]

Сравнение с другими галогенидами водорода

Фтористый водород не кипит до 20 ° C, в отличие от более тяжелых галогенидов водорода, которые кипят между -85 ° C (-120 ° F) и -35 ° C (-30 ° F).[6][7][8] Эта водородная связь между молекулами HF приводит к высокой вязкость в жидкой фазе и ниже ожидаемого давления в газовой фазе.

Водные растворы

Основная статья: плавиковая кислота

ВЧ смешивающийся с водой (растворяется в любой пропорции). Напротив, другие галогениды водорода проявляют ограниченную растворимость в воде. Фтористый водород образует моногидрат HF.ЧАС2O с температурой плавления -40 ° C (-40 ° F), что на 44 ° C (79 ° F) выше точки плавления чистого HF.[9]

HF и H2О сходства
график, показывающий температуру кипения воды и HF: большие скачки вверх по сравнению с тенденцией к снижению с более низкой молекулярной массой для других членов ряда.график, показывающий горки температуры плавления, наиболее заметные при мольной доле HF 50%
Температуры кипения галогенидов водорода (синий) и халькогениды водорода (красный): HF и H2О сломайте тенденции.Температура замерзания HF / H2Смеси O: стрелки указывают соединения в твердом состоянии.

Водные растворы HF называются плавиковая кислота. В разбавленном виде фтористоводородная кислота ведет себя как слабая кислота, в отличие от других галогеноводородных кислот, из-за образования водородно-связанных кислот. ионные пары [ЧАС
3О+
· F−]. Однако концентрированные растворы являются сильными кислотами, потому что бифторид вместо ионных пар преобладают анионы. В жидком безводном HF, самоионизация происходит:[10][11]

3 HF ⇌ H2F+ + HF−
2

который образует чрезвычайно кислую жидкость (ЧАС0  = −11).

Реакции с кислотами Льюиса

HF реагирует с Кислоты Льюиса давать суперкислоты. А Функция кислотности Гаммета (ЧАС0) числа −21 получается с пентафторид сурьмы (SbF5), образуя фторантимоновая кислота.[12][13]

Производство

Фтористый водород образуется под действием серная кислота по чистым сортам минерала флюорит:[14]

CaF2 + H2ТАК4 → 2 HF + CaSO4

Около 20% производимого HF является побочным продуктом производства удобрений, в результате чего образуются гексафторкремниевая кислота. Эта кислота может быть разложена с выделением HF термически и путем гидролиза:

ЧАС2SiF6 → 2 HF + SiF4
SiF4 + 2 часа2O → 4 HF + SiO2

Использовать

В общем, безводный фтористый водород более распространен в промышленности, чем его водный раствор, плавиковая кислота. Его основные виды использования, исходя из тоннажа, являются предшественником фторорганические соединения и прекурсор криолита для электролиза алюминия.[14]

Прекурсор фторорганических соединений

HF реагирует с хлороуглеродами с образованием фторуглеродов. Важное применение этой реакции - получение тетрафторэтилен (TFE), предшественник Тефлон. Хлороформ фторируется HF для получения хлордифторметан (R-22):[14]

CHCl3 + 2 HF → CHClF2 + 2 HCl

Пиролиз хлордифторметана (при 550-750 ° C) дает ТФЭ.

HF является реактивным растворителем в электрохимическое фторирование органических соединений. В этом подходе HF окисляется в присутствии углеводород а фтор заменяет связи C – H на C – F облигации. Перфторированные карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты производятся таким образом.[15]

1,1-дифторэтан производится добавлением HF к ацетилен использование ртути в качестве катализатора.[15]

HC≡CH + 2 HF → CH3Швейцарский франк2

Промежуточным звеном в этом процессе является винилфторид или фторэтилен, мономерный предшественник поливинилфторид.

Прекурсор фторидов металлов и фтора

Электровыделение алюминий основан на электролизе фторида алюминия в расплавленном криолите. На тонну произведенного алюминия расходуется несколько килограммов HF. Другие фториды металлов производятся с использованием HF, в том числе гексафторид урана.[14]

HF является предшественником элементарного фтор, F2, к электролиз раствора HF и бифторид калия. Бифторид калия необходим, потому что безводный HF не проводит электричество. Несколько тысяч тонн F2 выпускаются ежегодно.[16]

Катализатор

HF служит катализатор в алкилирование процессы на нефтеперерабатывающих заводах. Используется в большинстве установленных линейный алкилбензол производственные мощности в мире. Процесс включает дегидрирование п-парафины в олефины и последующая реакция с бензолом с использованием HF в качестве катализатора. Например, в нефтеперерабатывающие заводы «алкилат», компонент высоко-октан бензин (бензин ), образуется в установках алкилирования, которые объединяют C3 и C4 олефины и iso-бутан.[14]

Растворитель

Фтороводород - отличный растворитель. Отражая способность HF участвовать в образовании водородных связей, даже белки и углеводы растворяются в HF и могут быть извлечены из него. Напротив, большинство нефторидных неорганических химикатов скорее реагируют с HF, чем растворяются.[17]

Влияние на здоровье

Основная статья: Плавиковая кислота
левая и правая руки, два взгляда, обожженные указательные пальцы
Ожоги ВЧ, проявляющиеся не раньше, чем через день

При контакте с влагой, в том числе с тканями, фтороводород немедленно превращается в плавиковая кислота, который очень агрессивен и токсичен. Воздействие требует немедленной медицинской помощи.[18] Это может вызвать слепоту из-за быстрого разрушения роговица. Вдыхание фтороводорода в больших количествах или в сочетании с контактом с кожей может вызвать смерть от аритмия или из скопление жидкости в легких.[18]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0334". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ Эванс, Д.А. «pKa неорганических и оксокислот» (PDF). Получено 19 июня, 2020.
  3. ^ а б «Фтороводород». Немедленно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH). Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Johnson, M. W .; Sándor, E .; Арзи, Э. (1975). «Кристаллическая структура фторида дейтерия». Acta Crystallographica. B31 (8): 1998–2003. Дои:10.1107 / S0567740875006711.
  5. ^ McLain, Sylvia E .; Benmore, C.J .; Siewenie, J. E .; Urquidi, J .; Тернер, Дж. Ф. (2004). «О структуре жидкого фтороводорода». Angewandte Chemie International Edition. 43 (15): 1952–55. Дои:10.1002 / anie.200353289. PMID  15065271.
  6. ^ Полинг, Линус А. (1960). Природа химической связи и структура молекул и кристаллов: введение в современную структурную химию. Издательство Корнельского университета. стр.454 –464. ISBN  978-0-8014-0333-0.
  7. ^ Аткинс, Питер; Джонс, Лоретта (2008). Химические принципы: поиски понимания. W. H. Freeman & Co., стр. 184–185. ISBN  978-1-4292-0965-6.
  8. ^ Эмсли, Джон (1981). «Скрытая сила водорода». Новый ученый. 91 (1264): 291–292. Получено 25 декабря 2012.
  9. ^ Greenwood, N. N .; Эрншоу, А. (1998). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт Хайнеманн. С. 812–816. ISBN  0-7506-3365-4.
  10. ^ К. Э. Хаукрофт, А. Г. Шарп Неорганическая химия, п. 221.
  11. ^ Ф. А. Коттон, Г. Уилкинсон Продвинутая неорганическая химия, п. 111.
  12. ^ W. L. Jolly «Современная неорганическая химия» (McGraw-Hill 1984), стр. 203. ISBN  0-07-032768-8.
  13. ^ Ф. А. Коттон и Г. Уилкинсон, Продвинутая неорганическая химия (5-е изд.) Джон Уайли и сыновья: Нью-Йорк, 1988. ISBN  0-471-84997-9. п. 109.
  14. ^ а б c d е J. Aigueperse, P. Mollard, D. Devilliers, M. Chemla, R. Faron, R. Romano, J. P. Cuer (2000). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a11_307.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  15. ^ а б Г. Зигемунд, В. Швертфегер, А. Файринг, Б. Смарт, Ф. Бер, Х. Фогель, Б. МакКусик (2005). «Соединения фтора, органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a11_349.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  16. ^ М. Жако, Р. Фарон, Д. Девилье, Р. Романо (2005). "Фтор". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a11_293.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт).
  17. ^ Гринвуд и Эрншоу, «Химия элементов», стр. 816–819.
  18. ^ а б Факты о фтористом водороде (фтористоводородной кислоте)

внешняя ссылка