CALCIUMFLUORID (CAF2): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN - KÖRPERLICH - 2025

Das Calciumfluorid ist ein anorganischer Feststoff, der ein Calciumatom (Ca) und zwei Fluoratome (F) umfasst. Seine chemische Formel lautet CaF ₂ und es ist ein kristalliner grauweißer Feststoff.

In der Natur kommt es im Mineral Fluorit oder Flussspat vor. Es kommt natürlich in Knochen und Zähnen vor. Das Mineral Fluorit ist die Hauptquelle für die Gewinnung anderer Fluorverbindungen.

Festes CaF ₂ Calciumfluorid . w: Benutzer: Walkerma im Juni 2005. Quelle: Wikimedia Commons.

Darüber hinaus wird CaF ₂ verwendet, um Karies vorzubeugen, weshalb es Materialien zugesetzt wird, die von Zahnärzten zur Heilung verwendet werden. Tatsächlich wird dem Trinkwasser (Trinkwasser) auch Calciumfluorid zugesetzt, so dass die Bevölkerung davon profitiert, es aufzunehmen und ihre Zähne zu putzen.

CaF ₂ wird in Form großer Kristalle in optischen Geräten und Kameras verwendet. Es wird auch in kleinen Geräten verwendet, mit denen festgestellt wird, wie stark eine Person Radioaktivität ausgesetzt war.

Struktur

Calciumfluorid CaF ₂ ist eine ionische Verbindung, die aus einem Calcium Ca ²⁺ -Kation und zwei Fluorid F ^- Anionen besteht . Einige Informationsquellen weisen jedoch darauf hin, dass ihre Links einen bestimmten kovalenten Charakter haben.

Struktur von Calciumfluorid CaF ₂ . Blau: Kalzium; Gelbes Fluor. Claudio Pistilli. Quelle: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

Calciumfluorid

Eigenschaften

Körperlicher Status

Farbloser bis grauweißer Feststoff mit kubischer Kristallstruktur.

Kubische Kristallstruktur von CaF ₂ . Benjah-bmm27. Quelle: Wikimedia Commons.

Molekulargewicht

78,07 g / mol

Schmelzpunkt

1418 ºC

Siedepunkt

2533 ºC

Dichte

3,18 g / cm ³ bei 20 ° C.

Brechungsindex

1,4328

Löslichkeit

Bei 20 ° C ist es wasserunlöslich. Bei 25 ° C fast unlöslich: 0,002 g / 100 ml Wasser. In Säuren schwer löslich.

Chemische Eigenschaften

Seine oxidierenden oder reduzierenden Eigenschaften sind sehr schwach, jedoch können diese Reaktionen auftreten. Obwohl im Allgemeinen in sehr wenigen Fällen.

Es ist inert gegenüber organischen Chemikalien und vielen Säuren, einschließlich HF-Flusssäure. Es löst sich langsam in Salpetersäure HNO ₃ .

Es ist nicht brennbar. Es reagiert nicht schnell mit Luft oder Wasser.

Aufgrund seiner geringen Affinität zu Wasser wirkt es sich auch bei normaler Raumtemperatur nicht aus, selbst wenn es einem hohen Prozentsatz an Feuchtigkeit ausgesetzt ist.

In Gegenwart von Feuchtigkeit lösen sich die Wände seiner Kristalle bei Temperaturen über 600 ° C langsam auf. In trockenen Umgebungen kann es bis zu etwa 1000 ° C verwendet werden, ohne dass dies merklich beeinträchtigt wird.

Präsenz in der Natur

Calciumfluorid CaF ₂ kommt natürlicherweise im Mineral Fluorit oder Flussspat vor.

Obwohl reines CaF ₂ farblos ist, wird das Mineral Fluorit häufig durch die Anwesenheit von Elektronen gefärbt, die in den "Löchern" in der Kristallstruktur eingeschlossen sind.

Dieses Mineral ist hoch geschätzt für seinen glasigen Glanz und die Vielfalt der Farben (lila, blau, grün, gelb, farblos, braun, rosa, schwarz und rötlich-orange). Es soll "das farbigste Mineral der Welt" sein.

Fluorit aus einer Mine in Frankreich. Muséum de Toulouse. Quelle: Wikimedia Commons.

Fluorit (blaue Kristalle) aus dem Mailänder Naturmuseum. Giovanni Dall'Orto. Quelle: Wikimedia Commons.

Fluorit aus einer Mine in England. Didier Descouens. Quelle: Wikimedia Commons.

Fluorit aus einer Mine in Frankreich. Didier Descouens. Quelle: Wikimedia Commons.

Fluorit aus einer Mine in den USA. Verfasser: Jurema Oliveira. Quelle: Wikimedia Commons.

Calciumfluorid kommt auch in Mengen zwischen 0,2 und 0,65% in den Knochen und in 0,33 bis 0,59% im Zahnschmelz vor.

Anwendungen

- Bei der Gewinnung von Fluorverbindungen

Das Mineral Fluorit CaF ₂ ist weltweit die Grund- oder Hauptquelle für Fluor. Es ist der Rohstoff für die Herstellung fast aller Fluorverbindungen.

Das wichtigste davon ist Flusssäure HF, aus der die anderen fluorierten Verbindungen hergestellt werden. Das Fluoridion F ^- wird aus dem Mineral freigesetzt, indem es mit konzentrierter Schwefelsäure H ₂ SO _{4 umgesetzt wird} :

CaF ₂ (fest) + H ₂ SO ₄ (flüssig) → CaSO ₄ (fest) + 2 HF ( gasförmig )

- Bei der Pflege der Zähne

CaF ₂ Calciumfluorid ist ein Mittel zur Verhinderung von Hohlräumen. Zu diesem Zweck wird Trinkwasser (trinkbares Wasser) fluoridiert.

Darüber hinaus sind die niedrigen Konzentrationen von F ^- Fluorid haben (in der Größenordnung von 0,1 Teile pro Million) verwendet in Zahncremes und Mundwasser wurde eine tiefe positive Wirkung bei Karies Zahnprophylaxe haben gezeigt.

Calciumfluorid hilft bei der Verhinderung von Hohlräumen. Autor: Annalise Batista. Quelle: Pixabay.

CaF-Nanopartikel

Obwohl Fluoride in Zahnpasten und Spülungen verwendet werden, führt die geringe Konzentration von Kalzium (Ca) im Speichel dazu, dass sich auf den Zähnen nicht so effektiv wie möglich CaF ₂ -Entlagerungen bilden .

Aus diesem Grund wurde ein Weg gefunden, um CaF ₂ -Pulver als Nanopartikel zu erhalten .

Hierzu wird ein Sprühtrockner (vom englischen Sprühtrockner) verwendet, bei dem zwei Lösungen (eine aus Calciumhydroxid Ca (OH) ₂ und eine aus Ammoniumfluorid NH ₄ F) gemischt werden, während sie in einer Kammer mit Durchfluss gesprüht werden heißer Luft.

Dann tritt die folgende Reaktion auf:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (fest) + NH ₄ OH

NH ₄ OH verflüchtigt sich als NH ₃ und H ₂ O und die CaF ₂ -Nanopartikel verbleiben .

Sie haben eine hohe Reaktivität und eine höhere Löslichkeit, was sie für die Remineralisierung von Zähnen und als Antikaries wirksamer macht.

- In Objektiven für optische Geräte

Calciumfluorid wird verwendet, um optische Elemente wie Prismen und Fenster von Infrarot- und Ultraviolett (UV) -Lichtspektrophotometern aufzubauen.

Mit diesen Geräten können wir die Lichtmenge messen, die von einem Material absorbiert wird, wenn es durch es hindurchgeht.

CaF ₂ ist transparent in solchen Bereichen des Lichtspektrums, hat einen Brechungsindex extrem niedrig und ermöglicht eine effizientere Auflösung als die der NaCl im Bereich von 1500-4000 cm ^{- 1} .

Dank seiner chemischen Stabilität kann es widrigen Bedingungen standhalten, sodass die optischen CaF ₂ -Elemente nicht angegriffen werden. Es hat auch eine hohe Härte.

In Kameras

Einige Hersteller von Fotokameras verwenden künstlich kristallisierte CaF ₂ -Linsen , um die Lichtstreuung zu verringern und eine hervorragende Korrektur für Farbverzerrungen zu erzielen.

Einige Kameras verfügen über CaF ₂ -Linsen aus Kalziumfluorid, um Farbverzerrungen zu reduzieren. Bill Ebbesen. Quelle: Wikimedia Commons.

- In der metallurgischen Industrie

CaF ₂ wird als Flussmittel in der metallurgischen Industrie verwendet, da es eine in Wasser unlösliche Calciumquelle ist und daher bei sauerstoffempfindlichen Anwendungen wirksam ist.

Es wird verwendet, um Eisen und Stahl in flüssiger Form zu schmelzen und zu verarbeiten. Dies beruht auf der Tatsache, dass es einen ähnlichen Schmelzpunkt wie Eisen hat und auch Oxide und Metalle lösen kann.

- In Detektoren für Radioaktivität oder gefährliche Strahlung

CaF ₂ ist ein thermolumineszierendes Material. Dies bedeutet, dass es Strahlung in den Elektronen seiner Kristallstruktur absorbieren und später beim Erhitzen in Form von Licht freisetzen kann.

Dieses emittierte Licht kann durch ein elektrisches Signal gemessen werden. Dieses Signal ist proportional zur Strahlungsmenge, die das Material empfangen hat. Dies bedeutet, dass je größer die empfangene Strahlungsmenge ist, desto mehr Licht wird nach dem Erhitzen emittiert.

Aus diesem Grund wird CaF ₂ in sogenannten Personendosimetern verwendet, die von Personen verwendet werden, die gefährlicher Strahlung ausgesetzt sind und wissen möchten, wie viel Strahlung sie in einem bestimmten Zeitraum erhalten haben.

- Andere Verwendungen

- Es wird als Katalysator bei chemischen Reaktionen der Dehydratisierung und Dehydrierung zur Synthese organischer Verbindungen verwendet.

- Es wird in alkalischen Schweißelektroden verwendet. Es wird eine stärkere Schweißnaht erzielt als bei sauren Elektroden. Diese Elektroden sind nützlich bei der Herstellung von Schiffen und Hochdruckstahlbehältern.

- Als Nahrungsergänzungsmittel in extrem geringen Mengen (ppm oder parts per million).

Mann schweißen. CaF ₂ Calciumfluorid-Elektroden bilden stärkere Schweißnähte. William M. Plate Jr .. Quelle: Wikimedia Commons.

Verweise

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