Химические свойства фтороводорода кратко

Обновлено: 23.07.2024

Фтороводород – это кислота средней силы HF. Связь высокополярна. Соли называются фторидами.

Физические свойства фтороводорода.

Фтороводород – это бесцветная легколетучая жидкость. Смешивается с водой в неограниченных количествах. Обладает резким запахом, на воздухе дымит. Пары оказывают раздражающее действие на дыхательные пути.

Получение фтороводорода.

Реакция взаимодействия CaF₂ и концентрированной серной кислотой в печах при 300 ºС:

Химические свойства фтороводорода.

Сухой фтороводород не реагирует с большинством металлов и их оксидами. Но если такая реакция произойдет, то протекать она будет с небольшим самоускороением:

В ходе реакции количество воды увеличивается, что приводит к дальнейшему протеканию процесса.

Точно такой же эффект наблюдается и при взаимодействии плавиковой кислоты с диоксидом кремния, который входит в состав стекла. Поэтому фтороводород не хранят в стеклянных сосудах, в преимущественно, в пластмассовых емкостях.

При попадании на кожу вызывает ожоги и болезненные ощущения. Используют в нефтяной промышленности для синтеза фракций бензина, анализа минералов и т.д.

Среди соединений галогенов – элементов 7 группы главной подгруппы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева - большое практическое значение имеет водород фтористый. Наряду с другими галогеноводородами, он используется в различных отраслях народного хозяйства: для получения фторсодержащих пластмасс, плавиковой кислоты и её солей. В данной работе мы изучим строение молекулы, физические и химические свойства этого вещества и рассмотрим области его применения.

История открытия

В 17 веке К. Шванквард провел опыт с минералом плавиковым шпатом и сульфатной кислотой. Ученый обнаружил, что в процессе реакции выделяется газ, который начал разрушать пластинку из стекла, прикрывающую пробирку со смесью реагентов. Это газообразное соединение получило название фтористый водород.

Плавиковая кислота была получена в 19 столетии Гей-Люссаком из того же сырья: флюорита и серной кислоты. Ампер своими опытами доказал, что по строению молекулы HF аналогичен хлороводороду. Это касается также водных растворов этих галогеноводородов. Отличия касаются силы кислот: плавиковая – слабая, а хлоридная – сильная.

Физические свойства

Газ с химической формулой HF имеет резкий характерный запах, бесцветен, немного легче воздуха. В ряду галогеноводородов HI- HBr- HCl- температуры кипения и плавления меняются плавно, а при переходе к HF резко увеличиваются. Объяснение этого явления следующее: молекулярный водород фтористый образует ассоциаты (группы нейтральных частиц, между которыми возникают водородные связи). Чтобы разорвать их, требуется дополнительная энергия, поэтому температуры кипения и плавления увеличиваются. Согласно показателям плотности газа, в интервале, близком к температуре кипения (+19,5), фтороводород состоит из агрегатов со средним составом HF_2. При нагревании выше 25 о С эти комплексы постепенно разлагаются, и при температуре около 90 о С водород фтористый состоит из молекул HF.

Как добывают фторгидрид

Способы получения вещества не в лабораторных условиях, о которых мы уже упоминали, а в промышленности, практически нечем между собой не отличаются: реагентами являются все тот же плавиковый шпат (флюорит) и сульфатная кислота.

Минерал, залежи которого расположены в Приморье, Забайкалье, Мексике, США, сначала обогащают методом флотации, а затем используют в технологическом процессе получения HF, который осуществляют в специальных стальных печах. В них загружают руду и смешивают с сульфатной кислотой. Обогащенная руда содержит 55-60 % флюорита_. Стенки печи выложены свинцовыми листами, улавливающими фтористый водород. Его очищают в промывочной колонне, охлаждают, а затем конденсируют. Чтобы получить водород фтористый, используют вращающиеся печи, косвенно обогревающиеся электричеством. Массовая доля HF на выходе составляет приблизительно 0,98, но процесс имеет свои недостатки. Он достаточно длительный и требует большого расхода сульфатной кислоты.

Полярность молекул HF

Безводный фтористый водород состоит из частиц, имеющих способность связываться между собой и образовывать агрегаты. Объясняется это внутренним строением молекулы. Между атомами водорода и фтора возникает сильная химическая связь, называемая полярной ковалентной. Она представлена общей электронной парой, смещенной к более электроотрицательному атому фтора. Вследствие этого молекулы фторгидрида становятся полярными и имеют вид диполей.

Между ними возникают силы электростатического притяжения, что и приводит к появлению ассоциатов. Длина химической связи между атомами водорода и фтора составляет 92 нм, а её энергия равна 42 кДж/моль. Как в газообразном, так и в жидком состоянии вещество состоит из полимерной смеси вида H₂F₂, H₄F₄.

Химические свойства

Безводный фтористый водород имеет способность ко взаимодействию с солями карбонатной, силикатной, нитритной и сульфидной кислот. Проявляя окислительные свойства, HF восстанавливает вышеперечисленные соединения до углекислого газа, четырехфтористого кремния, сероводорода и оксидов азота. Водный 40 % раствор фтороводорода разрушает бетон, стекло, кожу, каучук, а также взаимодействует с некоторыми оксидами, например с Cu₂O. В продуктах обнаруживается свободная медь, фторид меди и вода. Есть группа веществ, с которыми HF не реагирует, например, тяжелые металлы, а также магний, железо, алюминий, никель.

Водный раствор фтороводорода

Он имеет название плавиковая кислота и используется в виде 40 % и 72 % растворов. Водород фтористый, характеристика химических свойств которого зависит от его концентрации, неограниченно растворяется в воде. При этом выделяется тепло, что характеризует этот процесс как экзотермический. Являясь кислотой средней силы, водный раствор HF взаимодействует с металлами (реакция замещения). Образуются соли – фториды - и выделяется водород. Не реагируют с плавиковой кислотой пассивные металлы – платина и золото, а также свинец. Кислота пассивирует его, то есть образует на поверхности металла защитную пленку, состоящую из нерастворимого фторида свинца. Водный раствор HF может содержать примеси железа, мышьяка, диоксида серы, в этом случае он называется технической кислотой. Концентрированный 60 % раствор HF имеет важное значение в химии органического синтеза. Он хранится в полиэтиленовых или тефлоновых емкостях, а многотоннажная плавиковая кислота перевозится в стальных цистернах.

Роль плавиковой кислоты в народном хозяйстве

Раствор фтороводорода применяют для производства борфторида аммония, являющегося компонентом флюсов в черной и цветной металлургии. Также его используют в процессе электролиза для получения чистого бора. Плавиковая кислота применяется в производстве кремнефторидов, например, такого как Na₂SiF₆. Его используют для получения цементов и эмалей, устойчивых к действию минеральных кислот.

Флюаты придают строительным материалам водонепроницаемые свойства. В процессе их применения нужно соблюдать осторожность, так как все кремнефториды токсичны. Водный раствор HF используют также и в производстве синтетических смазочных масел. В отличие от минеральных, они сохраняют вязкость и образуют защитную пленку на поверхности рабочих частей: компрессоров, редукторов, подшипников как при высоких, так и при низких температурах. Большое значение имеет водный фтористый водород в травлении (матировании) стекла, а также в полупроводниковой промышленности, где он используется для травления кремния.

Фторсодержащие пластмассы

Наиболее востребованным из них является тефлон (фторопласт – 4). Он был открыт совершенно случайно. Химик-органик Рой Планкетт, занимавшийся синтезом фреонов, обнаружил в баллонах с газообразным четерыххлористым этиленом, хранящимся при аномально низкой температуре, не газ, а белый порошок, жирный на ощупь. Оказалось, что при высоком давлении и низкой температуре тетрафторэтилен полимеризовался.

Это реакция привела к образованию новой пластической массы. Впоследствии её назвали тефлоном. Он обладает исключительной тепло- и морозоустойчивостью. Тефлоновые покрытия с успехом применяют в пищевой, химической промышленности, при производстве посуды с антипригарными свойствами. Даже при 70 о С изделия из фторопласта – 4 не теряют свои свойства. Исключительной является высокая химическая инертность тефлона. Он не разрушается при контакте с агрессивными веществами – щелочами и кислотами. Это очень важно для оборудования, используемого в технологических процессах получения нитратной и сульфатной кислот, гидроксида аммония, едкого натра. Фторопласты могут содержать дополнительные компоненты – модификаторы, такие как стекловолокно или металлы, вследствие чего они меняют свои свойства, например, повышают термостойкость и износоустойчивость.

Диссоциация фтористого водорода

Ранее мы упоминали, что в молекулах HF образуется прочная ковалентная связь, кроме того, сами они способны объединяться в агрегаты, образовывая водородные связи. Именно поэтому фтороводород имеет низкую степень диссоциации и плохо расщепляется в водном растворе на ионы. Плавиковая кислота является более слабой, чем хлоридная или бромидная. Эти особенности её диссоциации объясняют существование стойких, кислых солей, тогда как ни хлоридная, ни йодная их не образует. Константа диссоциации водного раствора фтороводорода составляет 7х10 -4 , что подтверждает тот факт, что в её растворе находится большое количество недиссоциированных молекул и отмечается низкое содержание ионов водорода и фтора.

Чем опасен фторгидрид

Нужно отметить, что токсичным является как газообразный, так и жидкий фтористый водород. Код вещества – 0342. Плавиковая кислота обладает также и наркотическими свойствами. На её влиянии на организм человека мы остановимся чуть позже. В классификаторе это вещество, так же как и безводный фторгидрид, находится во втором классе опасности. Это объясняется, прежде всего, способностью соединений фтора легко воспламеняться. В частности, это свойство особенно проявляется у такого соединения, как газообразный водород фтористый, пожаровзрывоопасность которого особенно велика.

Зачем определяют уровень фтороводорода в воздухе

В промышленном производстве HF, получаемого из плавикового шпата и серной кислоты, возможны потери газообразного продукта, пары которого попадают в атмосферу. Напомним, что фтористый водород (класс опасности которого – второй) – вещество высокотоксичное и требует постоянного измерения его концентрации. В промышленных выбросах содержится большое количество вредных и потенциально опасных химических веществ, прежде всего оксидов азота и серы, сульфидов тяжелых металлов, а также газообразных галогеноводородов. Среди них большая доля приходится на фтористый водород, ПДК которого в атмосферном воздухе составляет 0,005 мг/м 3 в пересчете на фтор в сутки. Для заводских участков, где находятся барабанные печи, предельно допустимая концентрация (ПДК) должна составлять 0, 1 мг/м 3 .

Газоанализаторы фтористого водорода

Чтобы выяснить, какие вредные газы и в каком количестве попали в атмосферу, существуют специальные измерительные приборы. Для обнаружения паров HF используют фотоколориметрические газоанализаторы, в которых применяют как лампы накаливания, так и полупроводниковые светодиоды в качестве источников излучения, а фотодиоды и фототранзисторы играют роль фотоприемников. Определение фтористого водорода в атмосферном воздухе проводится еще и инфракрасными газоанализаторами. Они достаточно чувствительны. Молекулы HF поглощают длинноволновые излучения в интервале 1-15 мкм. Приборы, используемые для определения токсичных отходов в атмосферном воздухе и в рабочей зоне промышленных предприятий, фиксируют колебания концентрации HF как в пределах допустимой нормы, так и в единичных экстремальных случаях (техногенные катастрофы, нарушения технологических циклов вследствие повреждений электроснабжения и т. д.). Эти функции выполняют термокондуктометрические газоанализаторы фтористого водорода. Пром. выбросы они дифференцируют на основе зависимости теплопроводности HF от состава газообразной смеси.

Вредное влияние фторгидрида на организм человека

Как безводный фтороводород, так и плавиковая кислота, являющаяся его раствором в воде, относятся ко второму классу опасности. Особенно негативно эти соединения влияют на жизненно важные системы: сердечно-сосудистую, выделительную, дыхательную, а также кожу и слизистые оболочки. Проникновение вещества через кожу проходит незаметно и бессимптомно. Явления токсикоза могут проявиться на следующие сутки, причем они диагностируются лавинообразно, а именно: кожа изъязвляется, на поверхности слизистой глаз образуются ожоговые участки. Ткани легких разрушаются вследствие некротического поражения альвеол. Ионы фтора, попавшие в межклеточную жидкость, далее проникают в клетки и связывают в них частицы магния и кальция, входящие в состав нервной ткани, крови, а также почечных канальцев – структур нефронов. Поэтому особенно актуальным является тщательный контроль за содержанием газообразного фтороводорода и паров плавиковой кислоты в атмосфере.

Что мы делаем. Каждая страница проходит через несколько сотен совершенствующих техник. Совершенно та же Википедия. Только лучше.

Первое сражение при Булл-Ран

Первое сражение при реке Булл-Ран (англ. First Battle of Bull Run), также Первое сражение при Манассасе) — первое крупное сухопутное сражение Гражданской войны в США. Состоялось 21 июля 1861 года возле Манассаса (штат Виргиния). Федеральная армия под командованием генерала Ирвина Макдауэлла атаковала армию Конфедерации под командованием генералов Джонстона и Борегара, но была остановлена, а затем обращена в бегство. Федеральная армия ставила своей целью захват важного транспортного узла — Манассаса, а армия Борегара заняла оборону на рубеже небольшой реки Булл-Ран. 21 июля Макдауэлл отправил три дивизии в обход левого фланга противника; им удалось атаковать и отбросить несколько бригад конфедератов. Через несколько часов Макдауэлл отправил вперёд две артиллерийские батареи и несколько пехотных полков, но южане встретили их на холме Генри и отбили все атаки. Федеральная армия потеряла в этих боях 11 орудий, и, надеясь их отбить, командование посылало в бой полк за полком, пока не были израсходованы все резервы. Между тем на поле боя подошли свежие бригады армии Юга и заставили отступить последний резерв северян — бригаду Ховарда. Отступление Ховарда инициировало общий отход всей федеральной армии, который превратился в беспорядочное бегство. Южане смогли выделить для преследования всего несколько полков, поэтому им не удалось нанести противнику существенного урона.

Из Википедии — свободной энциклопедии

Не следует путать с Hf.

Фтороводоро́д (фтористый водород, гидрофторид, фторид водорода, HF) — бесцветный токсичный газ (при стандартных условиях) с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C — бесцветная подвижная летучая жидкость. Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 35,4 % HF.

Строение молекулы

Молекула фтороводорода сильно полярна, μ = 0,64⋅10−29 Кл·м. Фтороводород в жидком и газообразном состояниях имеет большую склонность к ассоциации вследствие образования сильных водородных связей. Энергия водородных связей FH•••FH приблизительно составляет 42 кДж/моль, а средняя степень полимеризации в газовой фазе (при температуре кипения) ≈4. Даже в газообразном состоянии фтороводород состоит из смеси полимеров H2F2, H3F3, H4F4, H5F5, H6F6. Простые молекулы HF существуют лишь при температурах выше 90 °C. Вследствие высокой прочности связи термический распад фтороводорода становится заметным лишь выше 3500 °C (что выше температуры плавления вольфрама — самого тугоплавкого из металлов). Для сравнения — у воды термический распад становится заметным при температурах выше 2000 °C.

В кристаллическом состоянии HF образует орторомбические кристаллы, состоящие из цепеобразных структур: угол HFH = 116 °, d(F-H) = 95 пм, d(F•••H) = 155 пм. Аналогичные зигзагообразные

цепи с углом HFH = 140°) имеют и полимеры HF, существующие в газовой фазе.

Свойства

Физические свойства

Химические свойства

В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид-ионов, например, BF3, SbF5: Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома(III): (AlF3 — как кислота) (AlF3 — как основание)При условии, если фтороводород в газообразном состоянии: При условии, если фтороводород в виде водного раствора: Kd= 7,2⋅10−4 Kd= 5,1Водный раствор фтороводорода (плавиковая кислота) является кислотой средней силы. Соли плавиковой кислоты называются фторидами. Большинство их труднорастворимо в воде, хорошо растворяются лишь фториды NH4, Na, К, Ag(I), Sn(II), Ni(II) и Mn(II). Все соли плавиковой кислоты ядовиты.

Изображение дня

Рассвет в деревне Бёрнсте в окрестностях Дюльмена, Северный Рейн-Вестфалия

Из новых материалов

Получение

Фтор со взрывом взаимодействует с водородом даже при низких температурах и (в отличие от хлора) в темноте с образованием фтороводорода:

В промышленности фтороводород получают при взаимодействии плавикового шпата и сильных нелетучих кислот (например, серной):

Процесс проводят в стальных печах при 120—300 °C, по сравнению с аналогичными реакциями получения других галогеноводородов, реакция получения фтороводорода из фторидов идет очень медленно. Части установки, служащие для поглощения фтороводорода, делаются из свинца.

Знаете ли вы?

Текущие события

Кол-во блоков: 16 | Общее кол-во символов: 6842
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

Фтороводород HF — бесцветная легкоподвижная и легкоиспаряющаяся жидкость с резким, удушающим запахом.

По сравнению с другими галогенводородами HF имеет аномально высокие Т_пл. (~83°С) и Т_кип. (19,5°С), т.к. молекулы HF объединяются водородными связями в прочные ассоциаты (HF)_n :

Плавиковая кислота

Химические свойства фтороводорода

Общие свойства кислот

Проявляет все свойства кислот.

Металлы легко окисляются плавиковой кислотой, однако некоторые металлы образуют на поверхности малорастворимую защитную пленку фторидов, поэтому в кислоте не растворяются (например, Pb).

На платину и золото плавиковая кислота не действует.

Эффективным растворителем металлов является смесь HF и HNО₃:

HF и смесь HF + HNО₃ взаимодействуют с кремнием:

Фторноватистая кислота (фтороксигенат(0) водорода) HOF

HOF — бесцветные жидкость и газ (выше 0ºС). Соединение весьма летучее и термически неустойчивое. Кислотных свойств не проявляет, солей не образует. Однако ковалентные производные формального замещения водорода называют гипофторитами.

Читайте также: