Die Flusssäure (HF) ist eine wässrige Lösung, in der Fluorwasserstoff gelöst ist. Diese Säure wird hauptsächlich durch die Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit dem Mineral Fluorit (CaF 2 ) erhalten. Das Mineral wird durch die Einwirkung der Säure abgebaut und das verbleibende Wasser löst die Fluorwasserstoffgase.
Das reine Produkt, dh der wasserfreie Fluorwasserstoff, kann aus demselben sauren Wasser destilliert werden. Abhängig von den Mengen des gelösten Gases werden unterschiedliche Konzentrationen und damit verschiedene auf dem Markt erhältliche Flusssäureprodukte erhalten.
Bei einer Konzentration von weniger als 40% hat es ein kristallines Aussehen, das von Wasser nicht zu unterscheiden ist, bei höheren Konzentrationen gibt es jedoch weiße Fluorwasserstoffdämpfe ab. Flusssäure ist als eine der aggressivsten und gefährlichsten Chemikalien bekannt.
Es ist in der Lage, fast jedes Material zu "essen", mit dem es in Kontakt kommt: von Glas, Keramik und Metallen bis hin zu Steinen und Beton. In welchem Behälter wird es dann gelagert? In Plastikflaschen sind synthetische Polymere gegenüber ihrer Wirkung inert.
Formel
Die Formel von Fluorwasserstoff ist HF, aber die von Flusssäure wird in einem wässrigen Medium, HF (aq), dargestellt, um sich von dem ersteren zu unterscheiden.
Somit kann Flusssäure als das Hydrat von Fluorwasserstoff angesehen werden, und dies ist sein Anhydrid.
Struktur
Jede Säure in Wasser hat die Fähigkeit, bei einer Gleichgewichtsreaktion Ionen zu erzeugen. Im Fall von Flusssäure wird geschätzt, dass das Ionenpaar H 3 O + und F - in einer Lösung vorliegt .
Das Anion F - bildet wahrscheinlich eine sehr starke Wasserstoffbindung mit einem der Wasserstoffatome im Kation (FHO + -H 2 ). Dies erklärt, warum Flusssäure trotz ihrer hohen und gefährlichen Reaktivität eine schwache Brönsted-Säure (Protonendonor, H + ) ist; Das heißt, in Wasser setzt es im Vergleich zu anderen Säuren (HCl, HBr oder HI) nicht so viel H + frei .
In konzentrierter Flusssäure sind die Wechselwirkungen zwischen den Fluorwasserstoffmolekülen jedoch so wirksam, dass sie in der Gasphase entweichen können.
Das heißt, innerhalb des Wassers können sie wie in flüssigem Anhydrid interagieren und so Wasserstoffbrücken zwischen ihnen bilden. Diese Wasserstoffbrückenbindungen können als nahezu lineare Ketten (HFHFHF-…) aufgenommen werden, die von Wasser umgeben sind.
Im obigen Bild interagiert das ungeteilte Elektronenpaar, das in der entgegengesetzten Richtung der Bindung (HF :) ausgerichtet ist, mit einem anderen HF-Molekül, um die Kette zusammenzusetzen.
Eigenschaften
Da Flusssäure eine wässrige Lösung ist, hängen ihre Eigenschaften von der Konzentration des in Wasser gelösten Anhydrids ab. HF ist in Wasser sehr gut löslich und hygroskopisch. Es kann eine Vielzahl von Lösungen herstellen: von sehr konzentriert (rauchig und mit Gelbtönen) bis sehr verdünnt.
Mit abnehmender Konzentration nimmt HF (ac) Eigenschaften an, die reinem Wasser ähnlicher sind als denen von Anhydrid. HFH-Wasserstoffbrückenbindungen sind jedoch stärker als die in Wasser, H 2 O-HOH.
Beide koexistieren in den Lösungen in Harmonie und erhöhen die Siedepunkte (bis zu 105 ° C). Ebenso nehmen die Dichten zu, wenn mehr Anhydrid HF gelöst wird. Ansonsten haben alle HF (ac) -Lösungen starke, reizende Gerüche und sind farblos.
Reaktivität
Worauf beruht das Korrosionsverhalten von Flusssäure? Die Antwort liegt in der HF-Bindung und in der Fähigkeit des Fluoratoms, sehr stabile kovalente Bindungen zu bilden.
Fluor ist ein sehr kleines und elektronegatives Atom und eine starke Lewis-Säure. Das heißt, es trennt sich von Wasserstoff, um an Spezies zu binden, die ihm mehr Elektronen bei niedrigen Energiekosten bieten. Beispielsweise können diese Spezies Metalle sein, wie beispielsweise in Gläsern vorhandenes Silizium.
SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O.
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O.
Wenn die Dissoziationsenergie der HF-Bindung hoch ist (574 kJ / mol), warum bricht sie dann in den Reaktionen? Die Antwort hat kinetische, strukturelle und energetische Obertöne. Je weniger reaktiv das resultierende Produkt ist, desto günstiger ist im Allgemeinen seine Bildung.
Was passiert mit dem F - im Wasser? In konzentrierten Flusssäurelösungen kann ein anderes HF-Molekül eine Wasserstoffbindung mit dem F - des Paares eingehen.
Dies führt zur Bildung des Difluoridions - das extrem sauer ist. Deshalb ist jeder physische Kontakt damit äußerst schädlich. Die geringste Exposition kann endlose Schäden am Körper auslösen.
Es gibt viele Sicherheitsstandards und -protokolle für die ordnungsgemäße Handhabung, um mögliche Unfälle für diejenigen zu vermeiden, die mit dieser Säure arbeiten.
Anwendungen
Es ist eine Verbindung mit zahlreichen Anwendungen in der Industrie, in der Forschung und in Verbraucherangelegenheiten.
- Flusssäure erzeugt organische Derivate, die in den Aluminiumreinigungsprozess eingreifen.
- Es wird zur Trennung von Uranisotopen verwendet, wie im Fall von Uranhexafluorid (UF 6 ). Ebenso wird es bei der Extraktion, Verarbeitung und Raffination von Metallen, Gesteinen und Ölen verwendet und auch zur Wachstumshemmung und Schimmelentfernung eingesetzt.
- Die korrosiven Eigenschaften von Säure wurden verwendet, um Kristalle, insbesondere gefrostete, mithilfe der Ätztechnik zu schnitzen und zu gravieren.
- Es wird bei der Herstellung von Silikonhalbleitern verwendet, mit vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten bei der Entwicklung von Computer- und Informationstechnologien, die für die menschliche Entwicklung verantwortlich sind.
- Es wird in der Automobilindustrie als Reiniger und als Schimmelentferner auf Keramik eingesetzt.
- Flusssäure dient nicht nur als Zwischenprodukt bei einigen chemischen Reaktionen, sondern wird auch in einigen Ionenaustauschern verwendet, die an der Reinigung von Metallen und komplexeren Substanzen beteiligt sind.
- Beteiligt sich an der Verarbeitung von Öl und seinen Derivaten, wodurch Lösungsmittel zur Herstellung von Reinigungs- und Fettentfernungsprodukten gewonnen werden konnten.
- Es wird zur Erzeugung von Mitteln zur Beschichtung und Oberflächenbehandlung verwendet.
- Verbraucher verwenden zahlreiche Produkte, an deren Entwicklung Flusssäure beteiligt war. Zum Beispiel einige, die für die Autopflege, Reinigungsprodukte für Möbel, elektrische und elektronische Komponenten und Kraftstoffe unter anderem erforderlich sind.
Verweise
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