Φόρμουλα, δομή, ιδιότητες και χρήσεις του υδροφθορικού οξέος (HF)

Το υδροφθορικό οξύ (HF)είναι ένα υδατικό διάλυμα στο οποίο διαλύεται υδροφθόριο. Το οξύ αυτό λαμβάνεται κυρίως από την αντίδραση του πυκνού θειικού οξέος με τον ορυκτό φθορίτη (CaF)₂). Το ορυκτό αποικοδομείται από την δράση του οξέος και το υπόλοιπο νερό διαλύει τα αέρια υδροφθορίου.

Από το ίδιο όξινο νερό, το καθαρό προϊόν, δηλαδή ο ανυδρίτης υδροφθορίου, μπορεί να αποσταχθεί. Ανάλογα με τις ποσότητες του διαλυμένου αερίου, λαμβάνονται διάφορες συγκεντρώσεις και, κατά συνέπεια, διάφορα διαθέσιμα προϊόντα υδροφθορικού οξέος στην αγορά..

Σε συγκέντρωση μικρότερη από 40%, έχει κρυσταλλική εμφάνιση που δεν διακρίνεται από το νερό, αλλά σε υψηλότερες συγκεντρώσεις εκπέμπει λευκούς ατμούς υδροφθορίου. Το υδροφθορικό οξύ είναι γνωστό ως ένα από τα πιο επιθετικά και επικίνδυνα χημικά.

Είναι σε θέση να "τρώει" σχεδόν οποιοδήποτε υλικό με το οποίο έρχεται σε επαφή: από γυαλιά, κεραμικά και μέταλλα, σε βράχους και σκυρόδεμα. Σε ποιο δοχείο αποθηκεύεται στη συνέχεια; Σε πλαστικά μπουκάλια, συνθετικά πολυμερή αδρανή για τη δράση τους.

Ευρετήριο

• 1 Φόρμουλα
• 2 Δομή
• 3 Ιδιότητες
  • 3.1 Δραστικότητα
• 4 Χρήσεις
• 5 Αναφορές

Φόρμουλα

Ο τύπος του υδροφθορίου είναι HF, αλλά αυτό του υδροφθορικού οξέος αναπαρίσταται σε ένα υδατικό μέσο, ​​HF (ac), για να διαφοροποιηθεί από το πρώτο.

Έτσι, το υδροφθορικό οξύ μπορεί να θεωρηθεί ως ένυδρο υδροφθόριο και αυτό οδηγεί στον ανυδρίτη του.

Δομή

Όλο το οξύ στο νερό έχει την ικανότητα να παράγει ιόντα σε αντίδραση ισορροπίας. Στην περίπτωση του υδροφθορικού οξέος, υπολογίζεται ότι σε ένα διάλυμα υπάρχει το ζεύγος ιόντων Η₃Ο⁺ και F^-.

Το ανιόν F^- πιθανώς σχηματίζει μια πολύ ισχυρή γέφυρα υδρογόνου με ένα από τα υδρογόνα κατιόντων (F-H-O⁺-H₂). Αυτό εξηγεί γιατί το υδροφθορικό οξύ είναι ασθενές οξύ Bronsted (δότης πρωτονίων, Η⁺), παρά την υψηλή και επικίνδυνη αντιδραστικότητα του. δηλαδή, στο νερό δεν απελευθερώνει τόσα πολλά H⁺ σε σύγκριση με άλλα οξέα (HCl, HBr ή HI).

Εντούτοις, στο συμπυκνωμένο υδροφθορικό οξύ οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων υδροφθορίου είναι αρκετά αποτελεσματικές ώστε να τους επιτρέψουν να διαφύγουν στην αέρια φάση.

Δηλαδή, μέσα στο νερό μπορούν να αλληλεπιδρούν σαν να βρίσκονταν στον υγρό ανυδρίτη, σχηματίζοντας υδρογόνο γεφυρών μεταξύ τους. Αυτές οι γέφυρες υδρογόνου μπορούν να εξομοιωθούν με σχεδόν γραμμικές αλυσίδες (H-F-H-F-H-F- ...) που περιβάλλεται από νερό.

Στην άνω εικόνα, το μη κοινόχρηστο ζεύγος ηλεκτρονίων προσανατολισμένο προς την αντίθετη κατεύθυνση του δεσμού (H-F :) αλληλεπιδρά με ένα άλλο μόριο HF για να συναρμολογήσει την αλυσίδα.

Ιδιότητες

Καθώς το υδροφθορικό οξύ είναι ένα υδατικό διάλυμα, οι ιδιότητές του εξαρτώνται από τη συγκέντρωση του ανυδρίτη που διαλύεται στο νερό. Το HF είναι πολύ διαλυτό στο νερό και είναι υγροσκοπικό, έχοντας τη δυνατότητα να παράγει μια ποικιλία από διαλύματα: από πολύ συμπυκνωμένους (καπνιστούς και με κίτρινους τόνους) έως πολύ αραιωμένους.

Καθώς μειώνεται η συγκέντρωσή του, το HF (ac) υιοθετεί ιδιότητες που μοιάζουν περισσότερο με το καθαρό νερό από εκείνες του ανυδρίτη. Ωστόσο, οι δεσμοί υδρογόνου H-F-H είναι ισχυρότεροι από εκείνους στο νερό, H₂Ο-Η-Ο-Η.

Και οι δύο συνυπάρχουν σε αρμονία στις λύσεις, αυξάνοντας τα σημεία βρασμού (έως 105ºC). Παρομοίως, οι πυκνότητες αυξάνονται καθώς διαλύεται περισσότερος ανυδρίτης του HF. Τα υπόλοιπα διαλύματα του HF (ac) έχουν ισχυρές και ερεθιστικές οσμές και είναι άχρωμα.

Δραστικότητα

Λοιπόν, ποια είναι η διαβρωτική συμπεριφορά του υδροφθορικού οξέος; Η απάντηση βρίσκεται στον δεσμό H-F και στην ικανότητα του ατόμου φθορίου να σχηματίζει πολύ σταθερούς ομοιοπολικούς δεσμούς.

Δεδομένου ότι το φθόριο είναι ένα πολύ μικρό και ηλεκτροαρνητικό άτομο, είναι ένα ισχυρό οξύ Lewis. Δηλαδή, διαχωρίζεται από το υδρογόνο για να συνδεθεί με είδη που προσφέρουν περισσότερα ηλεκτρόνια με χαμηλό ενεργειακό κόστος. Για παράδειγμα, αυτά τα είδη μπορεί να είναι μέταλλα, όπως το πυρίτιο που υπάρχει στα γυαλιά.

SiO₂ + 4 HF → SiF₄(g) + 2Η₂Ο

SiO₂ + 6 HF → H₂SiF₆ + 2 Η₂Ο

Εάν η ενέργεια διαχωρισμού του δεσμού Η-F είναι υψηλή (574 kJ / mol), γιατί διαλύει τις αντιδράσεις; Η απάντηση έχει κινητικές, δομικές και ενεργητικές αποχρώσεις. Γενικά, όσο λιγότερο δραστικό είναι το προκύπτον προϊόν, τόσο περισσότερο προτιμάται ο σχηματισμός του.

Τι συμβαίνει με το F^- στο νερό; Σε συμπυκνωμένα διαλύματα υδροφθορικού οξέος ένα άλλο μόριο HF μπορεί να σχηματίσει δεσμό υδρογόνου με το F^- του ζεύγους [Η₃Ο⁺F^-].

Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία του ιόντος διφθοριδίου [FHF]^-, που είναι εξαιρετικά όξινο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο κάθε φυσική επαφή με αυτό είναι εξαιρετικά επιβλαβής. Η παραμικρή έκθεση μπορεί να προκαλέσει ένα άπειρο ζημιάς στον οργανισμό.

Υπάρχουν πολλά πρότυπα και πρωτόκολλα ασφάλειας για τη σωστή διαχείριση και έτσι αποτρέπονται πιθανά ατυχήματα σε όσους λειτουργούν με αυτό το οξύ.

Χρησιμοποιεί

Είναι μια ένωση με πολλές εφαρμογές στον κλάδο, στην έρευνα και στο έργο των καταναλωτών.

- Το υδροφθορικό οξύ παράγει οργανικά παράγωγα που εμπλέκονται στη διαδικασία καθαρισμού του αλουμινίου.

- Χρησιμοποιείται στον διαχωρισμό των ισοτόπων από το ουράνιο, όπως στην περίπτωση του εξαφθοριούχου ουρανίου (UF)₆). Χρησιμοποιείται επίσης στην εκχύλιση, την επεξεργασία και τη διύλιση μετάλλων, πετρωμάτων και ελαίων, που χρησιμοποιούνται επίσης για την αναστολή της ανάπτυξης και την απομάκρυνση του καλουπιού.

- Οι διαβρωτικές ιδιότητες του οξέος έχουν χρησιμοποιηθεί για να χαράξουν και να χαράξουν κρυστάλλους, ειδικά παγωμένους, χρησιμοποιώντας τη τεχνική χάραξης. 

- Χρησιμοποιείται στην κατασκευή ημιαγωγών πυριτίου, με πολλαπλές χρήσεις στην ανάπτυξη υπολογιστών και υπολογιστών, υπεύθυνη για την ανθρώπινη ανάπτυξη.

- Χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία ως καθαριστικό, χρησιμοποιείται ως αφαίρεσης σκουριάς σε κεραμικά.

- Εκτός του ότι χρησιμεύει ως ενδιάμεσος σε ορισμένες χημικές αντιδράσεις, το υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται σε μερικούς ιοντοανταλλάκτες που εμπλέκονται στον καθαρισμό μετάλλων και πιο περίπλοκων ουσιών.

- Συμμετέχει στην επεξεργασία πετρελαίου και των παραγώγων του, η οποία επέτρεψε την απόκτηση διαλυτών για χρήση στην παρασκευή προϊόντων για τον καθαρισμό και την εξάλειψη των λιπών.

- Χρησιμοποιείται στην παραγωγή παραγόντων για επιμετάλλωση και επιφανειακή επεξεργασία.

- Οι καταναλωτές χρησιμοποιούν πολλά προϊόντα στα οποία έχει συμμετάσχει το υδροφθορικό οξύ στην επεξεργασία του. για παράδειγμα, ορισμένα που χρειάζονται για τη φροντίδα αυτοκινήτων, προϊόντα καθαρισμού για έπιπλα, ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα και καύσιμα, μεταξύ άλλων προϊόντων.

Αναφορές

1. PubChem. (2018). Υδροφθορικό οξύ. Ανακτήθηκε στις 3 Απριλίου 2018, από: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2.  Ημέρα Kat. (16 Απριλίου 2013). Το οξύ που τρώει πραγματικά μέσα από τα πάντα. Ανακτήθηκε στις 3 Απριλίου 2018, από: chronicleflask.com
3. Wikipedia. (28 Μαρτίου 2018). Υδροφθορικό οξύ. Ανακτήθηκε στις 3 Απριλίου 2018, από: en.wikipedia.org.
4. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (τέταρτη έκδοση, σελίδες 129, 207-249, 349, 407). Mc Graw Hill.
5. Υδροφθορικό οξύ. Musc. Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας. Ανακτήθηκε στις 3 Απριλίου 2018, από: academicdepartments.musc.edu