Плавиковая кислота получение. Плавиковая кислота. Свойства и применение плавиковой кислоты

Все растворимые в воде фториды токсичны.





Общие
Систематическое наименование	фтороводород
Традиционные названия	плавиковая кислота
Хим. формула	HF
Физические свойства
Состояние	бесцветная жидкость
Молярная масса	20.0063 г/моль
Плотность	1,258 (70 %)
Термические свойства
Т. плав.	−75 (70 %)
Т. кип.	85,8 (70 %) °C
Т. всп.	негорючая °C
Химические свойства
pK a	3,17
Растворимость в воде	смешивается
Классификация
Рег. номер CAS	7664-39-3
Рег. номер EC	231-634-8
RTECS	MW7875000
Безопасность
Токсичность
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного.

Свойства

Физические

Бесцветная легкоподвижная жидкость с резким запахом и обжигающим «уксусным» вкусом. Растворение фтористого водорода в воде сопровождается довольно значительным выделением тепла (59,1 кДж/моль). Для него характерно образование содержащей 38,6 % HF и кипящей при 114 °C азеотропной смеси (по другим данным 37,5 % и t кип 109 °C). Такая азеотропная смесь получается в конечном счёте при перегонке как концентрированной, так и разбавленной кислоты.

При низких температурах фтористый водород образует нестойкие соединения с водой состава Н 2 О·HF, Н 2 О·2HF и Н 2 О·4HF. Наиболее устойчиво из них первое (t пл −35 °C), которое следует рассматривать как фторид гидроксония - [Н 3 O]F. Второе является гидрофторидом гидроксония [Н 3 O].

Химические

Плавиковая кислота - кислота довольно слабая (средней силы) (константа диссоциации составляет 6,8⋅10 −4 , степень диссоциации 0,1 н. раствора 9 %), однако она разъедает стекло и другие силикатные материалы, поэтому плавиковую кислоту хранят и транспортируют в полиэтиленовой таре.

Реакция идёт с выделением газообразного фторида кремния (SiF 4):

N a 2 O ⋅ C a O ⋅ 6 S i O 2 + 28 H F → N a 2 S i F 6 + C a S i F 6 + 4 S i F 4 + 14 H 2 O {\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O\cdot CaO\cdot 6SiO_{2}+28HF\rightarrow Na_{2}SiF_{6}+CaSiF_{6}+4SiF_{4}\uparrow +14H_{2}O}}} .

Реагирует со многими металлами с образованием фторидов (свинец не растворяется в плавиковой кислоте, так как на его поверхности образуется нерастворимый фторид PbF 2 ; платина , палладий и золото также не растворяются), не действует на парафин , который используют при хранении этой кислоты.

Техническая плавиковая кислота

Техническая плавиковая кислота обычно содержит ряд примесей - Fe, Rb, As, кремнефтористоводородную кислоту Н 2 SiF 6 , SO 2 и др.

Для грубой очистки её перегоняют в аппаратах из платины или свинца, отбрасывая первые порции дистиллята .

Для получения более чистой кислоты техническую кислоту переводят в гидрофторид калия , затем разлагают его нагреванием, растворяя фтористый водород в дистиллированной воде.

Крепкая плавиковая кислота (более 60 % HF) может сохраняться и транспортироваться в стальных ёмкостях, но разъедает стекло. Для хранения плавиковой кислоты и работы с ней в лабораторных условиях требуются сосуды из тефлона , полиэтилена и других пластмасс.

Применение

Крупный потребитель фтороводородной кислоты - алюминиевая промышленность .

Раствор фтороводорода применяется для прозрачного травления силикатного стекла (например - нанесение надписей - для этого стекло покрывают парафином , прорезая отверстия для травления). Матовое травление получают в парах фтороводорода.
Для травления кремния в полупроводниковой промышленности .
В составе травильных, травильно-полировальных смесей, растворов для электрохимической обработки нержавеющей стали и специальных сплавов.
Получение фторидов , кремнефторидов и борфторидов, фторорганических соединений, а также соответствующих кислот (кремнефтороводородная кислота и борфтороводородная кислота), синтетических смазочных масел и пластических масс .
Для растворения силикатов при различного рода анализах.
В процессе алкилирования, в качестве катализатора в реакции изобутана и олефина .

Токсичные свойства

ядовита . Возможны острые и хронические отравления с изменением крови и кроветворных органов , органов пищеварительной системы , отёк лёгких .

Обладает выраженным эффектом при вдыхании, раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз (вызывает болезненные ожоги и изъязвления); кожно-резорбтивным, эмбриотропным, мутагенным и кумулятивным действием. Ей присвоен второй класс опасности для окружающей среды; чистый фтороводород также принадлежит ко второму классу опасности .

При попадании на кожу в первый момент не вызывает сильной боли, легко и незаметно всасывается, но через короткое время вызывает отёк , боль , химический ожог и общетоксическое действие. Симптомы от воздействия слабо концентрированных растворов могут появиться через сутки и даже более после попадания их на кожу.

При попадании в кровь через кожу связывает кальций крови и может вызвать нарушение сердечной деятельности. Ожоги площадью более чем 160 см 2 опасны возможными системными токсическими проявлениями.

От латинского fluor – «течь».

Имя объясняется применением породы в качестве . Его добавка к шихте снижает температуру ее плавления.

Так древние решали проблему обработки металлов. А где пригодилась названая по аналогии с камнем , и чем, собственно, она является?

Что такое плавиковая кислота

Формула плавикового шпата – CaF 2 . В переходит лишь , соединяясь с водородом. Получается фтороводород.

То есть, у плавиковой кислоты формула HF. Промышленниками, как правило, используется раствор. Но, соединение может быть и безводным.

Такую форму впервые получили Гей Люссак и Жозеф Луи. Это французские химик и физик. Безводную плавиковую кислоту они представили миру в 1810-ом году.

Когда-то, растворы плавиковой кислоты стали двойным открытием. Фтор, находящийся в составе соединения, был не известен ученым.

Работая с кислотой, они поняли, что по активности вещество подобно . Название нового элемента «фтор» закрепилось лишь в , переводится с греческого, как «разрушающий». В остальном мире элемент именуют флюором.

Внешне фтороводород можно определить лишь по туману, который газообразное соединение образует с влажным воздухом.

Выдает безводную кислоту и запах. У фтора он сильный и резкий. В остальном, фтороводород неуловим, поскольку бесцветен, смешивается с атмосферой.

Водный раствор фтороводорода тоже бесцветен, по консистенции жидкий. Плотность плавиковой кислоты равна 1,2 грамма на кубический сантиметр.

Показатель воды меньше лишь на 0,1 грамма на кубический сантиметр. Поэтому, есть риск перепутать соединение с чистой водой.

Последствия могут быть катастрофическими. Плавиковая кислота – опасность для человека. Почему? Об этом поговорим в следующей главе.

Свойства плавиковой кислоты

Фтороводород считается самой сильной из кислот, уступая в реакционности лишь .

Последняя, является смесью реактивов. В царской водке соединились сильные азотная и соляная кислоты.

Сила плавиковой кислоты демонстрируется в воздействии на . Это инертный материал, не подвластный другим кислотам.

Плавиковая же стекло плавит. Это заметил еще Шванквард — немецкий химик, живший в 17-ом столетии. Проводя опыты, он использовал сосуд из флюорита.

Налив в него однажды серную кислоту, он заметил, что стеклянная крышка начала плавиться. Реагент в сосуде не мог произвести такое действие.

Значит, в серной кислоте частично растворился плавиковый шпат, и что-то из его состава стало разъедать крышку. Этот вывод Шванкварда, собственно, и стал причиной поиска новой кислоты.

Если растворившись в соляной кислоте соль плавиковой кислоты разъела стекло, что мешает ей разъесть органику?

Ничего. Попадая на и слизистые, реагент разрушает их. Итогом становятся ожоги. Более того, реагент и его пары запускают мутагенные процессы в .

Выявлен слабый наркотический эффект. Все вкупе дает 2-ой класс опасности. Он присвоен кислоте официально.

Попадая на кожу, фторводород не вызывает мгновенной боли. Соединение незаметно всасывается клетками.

Отек начинается примерно через 5-10 минут. Одновременно приходит боль, химический ожог.

Если контакт связан со слабым раствором реагента, симптомы могут проявиться, лишь через сутки.

Антидота, то есть, противоядия, нет. Получив смертельную дозу фтороводорода, надежды на спасение нет. Продержаться получается лишь несколько дней, и то на наркотиках.

Разъедая , прочие силикатные материалы, органику, плавиковая кислота не вступает во взаимодействие с пластиком.

Именно в нем реагент и транспортируют. Не взаимодействует с фтороводородом и парафин.

Можно ли заменить тару из него или полиэтилена металлической? Зачастую, нет. Фтороводород вступает в реакцию с большинством металлов.

Среди немногих исключений – . Но, он слишком тяжел и дорогостоящ, чтобы быть альтернативой пластику.

Остается узнать, куда везут плавиковую кислоту, где она пригождается, если столь опасна.

Применение плавиковой кислоты

Плавиковая кислота применение , естественно, находит в стекольной промышленности.

Реагент используют для химической полировки и освобождения металлических деталей от примесей и керамики.

Поскольку кремний плавиковая кислота плавит, обрабатывать можно и , убирая с его поверхности все шероховатости.

В качестве протравливающего вещества реагент используют, так же, в зуботехнической отрасли.

Плавиковая кислота в стоматологии убирает с внутренней стороны керамических протезов лейцит.

Это породообразующий минерал магматического происхождения. Он – часть металлической подложки под слоем керамики.

Цель – обеспечить максимально надежное крепление коронки к остаткам . Лучше стандартного цемента с этой задачей справляются полимеры – новое слово в стоматологии.

Полимеры заполняют пустоты, оставшиеся от лейцита. Таким образом, живые ткани и протез скрепляются, как говориться, намертво.

При этом, полимеры оставляют возможность минимальных подвижек, без растрескивания, а значит, и разгерметизации коронок.

Однако, основным потребителем фтороводорода остается нефтехимическая промышленность.

В ней плавиковая кислота, так же, нужна для обработки, очистки поверхностей. В частности, соединение пригождается в призабойных зонах добывающих скважин.

В нагнетательных реагент тоже используют. В сочетании с другими кислотами, к примеру, соляной, плавиковая кислота удаляет со стенок аппаратуры отложения асфальтов и парафинов. Это повышает эффективность нефтедобычи.

Кислота фтористоводородная плавиковая применяется и в алюминиевой промышленности.

Реагент непосредственно участвует в электролитическом способе получения 13-го металла.

Кислота присутствует в фильтровочных системах. Теперь выясним, где найти реагент в природе. Является ли флюорит единственным источником фтороводорода?

Добыча плавиковой кислоты

Плавиковый шпат – источник для получения фтороводорода, но не он сам. В чистом виде кислоту в природе не встретишь, если, конечно, не подойдешь к активному вулкану.

В его газах фтороводород встречается. Благо, флюорит – распространенный минерал. Промышленники не испытывают дефицита в сырье.

Получение плавиковой кислоты из шпата основано на его обработке серной кислотой.

Требуется концентрированный реагент, 90 или 92-процентный. В общем, производят кислоту, как и 300 лет назад, по методу Шванкварда. Взаимодействие выглядит так: — CaF 2 + H 2 SO 4 -à2HF + CaSO 4 .

Для взаимодействия нужен измельченный флюорит. Минерал обрабатывают в щековых и конических дробилках.

С серной кислотой крошку соединяют в специальных смесителях. Реакция запускается почти моментально.

Образующийся оксид кальция ведет к затвердению массы. Поэтому, продолжительность ее пребывания в смесителе должна быть минимальной.

Реакция протекает при температуре от 220-ти до 280-ти градусов Цельсия. Если снизить жар, образуется фторсульфоновая кислота.

Избавление от нее осложняет производство. Мешает ему и образование сульфата кальция.

Он обволакивает частицы измельченного шпата, не давая реакции проходить эффективно.

Цена плавиковой кислоты

Цена реагента зависит от его чистоты и концентрации. Обычно выпускаются 40-ка, 60-ти и 70-процентные растворы фтороводорода.

С точки зрения чистоты кислота делится на техническую и обычную. 70-процентный раствор последний, к примеру, стоит в районе 210-250-ти рублей за килограмм.

Техническая версия реагента, обычно, 40-процентная. За килограмм дают 35-60 рублей.

Поставки от одного кило осуществляют не все. Большинство производителей работают только с оптовиками.

В этом случае, ценник уменьшается. Купить плавиковую кислоту 70% можно и за 170 рублей за кило.

Кроме стандартных, встречаются предложения, к примеру, 85-процентной кислоты. Такую поставляют, в основном, из .

Некоторые предприятия тоже готовы отработать нестандартные заказы при больших объемах закупок.

Реакция идёт с выделением газообразного фторида кремния (SiF 4):

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл texvc не найден; См. math/README - справку по настройке.): \mathsf{Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 + 28HF \rightarrow Na_2SiF_6 + CaSiF_6 + 4SiF_4\uparrow + 14H_2O} .

Техническая плавиковая кислота

Для грубой очистки её перегоняют в аппаратах из платины или свинца, отбрасывая первые порции дистиллята .

Крепкая плавиковая кислота (более 60 % HF) может сохраняться и транспортироваться в стальных ёмкостях. Для хранения плавиковой кислоты и работы с ней в лабораторных условиях наиболее удобны сосуды из тефлона , полиэтилена и других пластмасс.

Применение

Крупный потребитель фтороводородной кислоты - алюминиевая промышленность .

Раствор фтороводорода применяется для прозрачного травления силикатного стекла (например - нанесение надписей - для этого стекло покрывают парафином , прорезая отверстия для травления). Матовое травление получают в парах фтороводорода.

Для травления кремния в полупроводниковой промышленности .

В составе травильных, травильно-полировальных смесей, растворов для электрохимической обработки нержавеющей стали и специальных сплавов.

Получение фторидов , кремнефторидов и борфторидов , фторорганических соединений, а также соответствующих кислот (кремнефтороводородная кислота и борфтороводородная кислота), синтетических смазочных масел и пластических масс .

Для растворения силикатов при различного рода анализах.
В процессе алкилирования, в качестве катализатора в реакции изобутана и олефина .

Токсические свойства

Обладает выраженным эффектом при вдыхании, раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз (вызывает болезненные ожоги и изъязвления); кожно-резорбтивным, эмбриотропным, мутагенным и кумулятивным действием . Ей присвоен второй класс опасности для окружающей среды; чистый фтороводород также принадлежит ко второму классу опасности .

Токсичность плавиковой кислоты и её растворимых солей предположительно объясняется способностью свободных ионов фтора связывать биологически важные ионы кальция и магния в нерастворимые соли (см. Отравление фторидами (англ.) ). Поэтому для лечения последствий воздействия плавиковой кислоты часто используют глюконат кальция , как источник ионов Ca 2+ . Пострадавшие участки при ожогах плавиковой кислотой промываются водой и обрабатываются 2,5 % гелем глюконата кальция . Тем не менее, поскольку кислота проникает сквозь кожу, простого промывания недостаточно и необходимо обращение к врачу для проведения лечения . Высокую эффективность показали внутриартериальные инфузии хлорида кальция .

Предельно допустимая концентрация (ПДК) плавиковой кислоты:

— неорганическое вещество, одноосновная кислота, раствор HF в воде. Реактив еще называют фтористоводородной кислотой и плавиковой кислотой. Последнее название связано с тем, что фтороводород получают из содержащего фтор (CaF2) плавикового шпата — очень красивого минерала флюорита, светящегося под ультрафиолетовым излучением или при нагревании.

Свойства

Соединение — прозрачная жидкость, без цвета, с резким запахом. Не горит, но очень токсично для человека и окружающей среды. С химической точки зрения это кислота средней силы. Она вступает в реакции с большинством металлов, образуя соли — фториды. Соли щелочных металлов водорастворимы, а щелочно-земельных — плохо растворимы или вообще нерастворимы. Реактив любой концентрации не растворяет свинец, платину, палладий, золото, не реагирует с парафином, полиэтиленом, фторопластом и другими пластмассами, каучуковыми материалами. Кислота, содержащая более 60% HF, не взаимодействует с железом.

Важная особенность фтористоводородной кислоты — она единственная реагирует с оксидом кремния, который составляет основу всех силикатных материалов, в том числе, стекла. Поэтому ее нельзя наливать в стеклянные сосуды.

У фтороводородной кислоты есть еще одно интересное свойство — вода с добавлением даже небольшого количества этого реактива замерзает при более низких температурах.

Меры безопасности

Плавиковая кислота и ее пары ядовиты. Особенно коварна разбавленная кислота: при попадании на кожу ее брызг человек может вообще ничего не почувствовать, но вещество впитается в кожу и поступит в кровоток. Примерно через сутки проявятся симптомы токсического отравления, отек легких, нарушения работы сердечно-сосудистой системы и ЖКТ, так как соединение образует нерастворимые соли кальция и магния, связывая эти важные для нормального функционирования организма элементы. На коже проявится химический ожог из-за того, что реагент разрушает клетчатку.

Фтористоводородная кислота раздражающе действует на органы дыхания, глаза, оказывает легкое наркотическое действие, обладает способностью повреждать ДНК и усиливать воздействие других неблагоприятных факторов. Она относится ко 2-му классу опасности (газообразный фтороводород — к первому). Работать с плавиковой кислотой необходимо только в респираторе, в очках, плотно прилегающих к коже, в защитной одежде и резиновых перчатках, в вытяжном шкафу. При ликвидации проливов рекомендуется использовать противогазы с автономным источником воздуха. Пострадавших от отравления следует срочно доставить в больницу, предварительно промыв место попадания реактива большим количеством воды и обработав гелем 2,5-процентного глюконата кальция. В больнице в качестве антидота обычно используют внутриартериальные вливания хлорида кальция.

Хранение и перевозка

Хранят и перевозят плавиковую кислоту в пластиковых (полиэтиленовых, фторопластовых) канистрах, контейнерах и кубах. Для больших емкостей используется металлическая обрешетка. Кислоту высокой концентрации допускается перевозить железнодорожным и автомобильным транспортом в железных и стальных цистернах. Температурный режим — не выше +30 °С.

Применение

Фтористоводородная кислота выпускается различной концентрации, высокой чистоты и техническая с примесями. Основные сферы ее использования:
— В нефтехимии и горнодобывающей отрасли — для увеличения нефтедобычи и разрушения кремнийсодержащих пород.
— Для выделения некоторых металлов, например, тантала, циркония, ниобия.
— В химической индустрии — как катализатор в некоторых процессах; для производства фторопластов, хладагентов, фторосодержащих кислот, боратов и фторидов, органических соединений на основе фтора, синтетических смазочных масел.
— В стекольном деле с помощью этого хим. реактива выполняют прозрачное травление кремниевого стекла.
— Плавиковая кислота высокой чистоты необходима для очистки и травления кремния для полупроводников.
— В аналитической химии — для растворения силикатов.
— При производстве алюминия и работе с ним.
— Является составной частью жидкостей, использующихся для травления и полировки, для электрохимической обработки сплавов и нержавеющей стали. Применяется также для очистки металлических заготовок от песка.