Флуороводород

Флуороводород (флуоран) — неорганско соединение со хемиска формула . Овој безбоен гас или течност е главниот индустриски извор на флуор, често како воден раствор наречен флуороводородна киселина. Тоа е важна суровина за подготовка на многу важни соединенија, вклучувајќи фармацевтски производи и полимери, на пр. политетрафлуороетилен (PTFE). HF е широко користен во петрохемиската индустрија како компонента на суперкиселините. Флуороводородот врие на собна температура, многу повисока од другите водородни халиди.
Флуороводородот е екстремно опасен гас, кој формира корозивна и продорна флуороводородна киселина при контакт со влага. Гасот може да предизвика и слепило со брзо уништување на рожницата.
1 Историја
Во 1771 година, Карл Вилхелм Шеле го подготвил водениот раствор, флуороводородна киселина во големи количини, иако флуороводородната киселина била позната пред тоа во индустријата за стакло. Францускиот хемичар Едмонд Фреми (1814–1894) е заслужен за откривањето на флуороводород (HF) додека се обидувал да го изолира флуорот.
2 Структура и реакции
HF е двоатомски во гасната фаза. Како течност, HF формира релативно силни водородни врски, па оттука и неговата релативно висока точка на вриење. Цврстиот HF се состои од цик-цак синџири на молекули на HF. Молекулите на HF, со кратка ковалентна H–F врска од 95 pm должина, се поврзани со соседните молекули со меѓумолекулски H–F растојанија од 155 pm. Течниот HF исто така се состои од синџири на молекули на HF, но синџирите се пократки, во просек се состојат од само пет или шест молекули.
2.1 Споредба со други водородни халиди
Флуороводородот не врие до 20 °C за разлика од потешките водородни халиди, кои врие помеѓу -85 °C (-120 °F) и −35 °C (-30 °F). Оваа водородна врска помеѓу молекулите на HF доведува до висок вискозитет во течната фаза и помал притисок од очекуваниот во гасната фаза.
2.2 Водни раствори
HF се меша со вода (се раствора во која било пропорција). Спротивно на тоа, другите водородни халиди покажуваат ограничена растворливост во вода. Флуороводородот формира монохидрат HF<sup>.</sup>H<sub>2</sub>O со mp−40 °C (-40 °F), што е 44 °C (79 °F) над точката на топење на чистиот HF.
Сличности на HF и H<sub>2</sub>O
,
Точките на вриење на водородните халиди (сини) и водородните халкогениди (црвено): HF и H<sub>2</sub>O ги прекинуваат трендовите., Точка на мрзнење на мешавините HF/ H<sub>2</sub>O: стрелките означуваат соединенија во цврста состојба.
Водните раствори на HF се нарекуваат флуороводородна киселина. Кога се разредува, флуороводородната киселина се однесува како слаба киселина, за разлика од другите хидрохалични киселини, поради формирањето на јонски парови поврзани со водород. [·F <sup>−</sup> ]. Сепак, концентрираните раствори се силни киселини, бидејќи преовладуваат бифлуоридни анјони, наместо јонски парови. Во течен безводен HF, се јавува самојонизација::
која формира исклучително кисела течност ( ).
2.3 Реакции со Луисови киселини
Како и водата, HF може да делува како слаба база, реагирајќи со Луисовите киселините и дава суперкиселини. Функција на киселост Хамет ( ''H''<sub>0</sub> ) од -21 се добива со антимон пентафлуорид (SbF <sub>5</sub> ), формирајќи флуороантимонска киселина .
3 Производство
Флуороводородот обично се произведува со реакција помеѓу сулфурна киселина и чисти сорти на минералот флуорит::
Околу 20% од произведениот HF е нуспроизвод од производството на ѓубрива, кое генерира хексафлуоросилициумска киселина. Оваа киселина може да се разгради за да ослободи HF топлински и со хидролиза:
::
4 Користење
Општо земено, безводниот флуороводород е почест индустриски отколку неговиот воден раствор, флуороводородна киселина. Неговата главна употреба, на тонажна основа, е како претходник на органофлуорните соединенија и претходник на криолитот за електролиза на алуминиум.
4.1 Претходник на органофлуорни соединенија
HF реагира со хлоројаглероди и дава флуоројаглероди. Важна примена на оваа реакција е производството на тетрафлуороетилен (TFE), претходник на тефлон. Хлороформот се флуорира со HF за да се произведе хлородифлуорометан (R-22):
:
Пиролиза на хлородифлуорометан (на 550-750 °C) дава TFE.
HF е реактивен растворувач во електрохемиското флуорирање на органските соединенија. Во овој пристап, HF се оксидира во присуство на јаглеводород и флуорот ги заменува C-H врските со C-F врски. На овој начин се произведуваат перфлуорирани карбоксилни киселини и сулфонски киселини.
1,1-дифлуороетан се произведува со додавање на HF во ацетилен со користење на жива како катализатор.:
Посредник во овој процес е винил флуорид или флуороетилен, мономерен претходник на поливинил флуорид.
4.2 Претходник на метални флуориди и флуор
Електродобивањето на алуминиум се потпира на електролиза на алуминиум флуорид во стопен криолит. Се трошат неколку килограми HF по тон произведен Ал. Други метални флуориди се произведуваат со користење на HF, вклучително и ураниум хексафлуорид.
HF е претходник на елементарниот флуор, <sub>F2</sub>, со електролиза на раствор од HF и калиум бифлуорид. Потребен е калиум бифлуорид бидејќи безводниот HF не спроведува електрична енергија. Годишно се произведуваат неколку илјади тони F<sub>2</sub>.
4.3 Катализатор
HF служи како катализатор во процесите на алкилација во рафинериите. Се користи во поголемиот дел од инсталираните линеарни капацитети за производство на алкил бензен во светот. Процесот вклучува дехидрогенизација на ''n'' -парафини во олефини и последователна реакција со бензен користејќи HF како катализатор. На пример, во рафинериите за нафта „алкилат“, компонента на високооктанскиот бензин ( бензин ), се генерира во единиците за алкилација, кои комбинираат <sub>C3</sub> и <sub>C4</sub> олефини и <i>изо -бутан.
4.4 Растворувач
Флуороводородот е одличен растворувач. Одразувајќи ја способноста на HF да учествува во водородното поврзување, дури и белковините и јаглехидратите се раствораат во HF и можат да се обноват од него. Спротивно на тоа, повеќето не-флуоридни неоргански хемикалии реагираат со HF наместо да се раствораат.
5 Здравствени ефекти
Флуороводородот е многу корозивен и моќен контактен отров. Изложеноста бара итна медицинска помош. Може да предизвика слепило со брзо уништување на рожницата. Дишењето на флуороводород на високи нивоа или во комбинација со контакт со кожата може да предизвика смрт од неправилно чукање на срцето или од пулмонален едем (акумулација на течност во белите дробови).