Вадарод фторысты: характарыстыкі і прымяненне

Сярод злучэнняў галагенаў - элементаў 7 групы галоўнай падгрупы перыядычнай сістэмы хімічных элементаў Д. І. Мендзялеева - вялікае практычнае значэнне мае вадарод фторысты. Разам з іншымі галогеноводородами, ён выкарыстоўваецца ў розных галінах народнай гаспадаркі: для атрымання фторзмяшчальных пластмас, плавікавай кіслаты і яе соляў. У дадзенай працы мы вывучым будова малекулы, фізічныя і хімічныя ўласцівасці гэтага рэчыва і разгледзім вобласці яго прымянення.

Гісторыя адкрыцця

У 17 стагоддзі К. Шванквард правёў досвед з мінералам плавікавай шпат і сульфатнай кіслатой. Вучоны выявіў, што ў працэсе рэакцыі вылучаецца газ, які пачаў разбураць пласцінку са шкла, затуляе прабірку з сумессю рэагентаў. Гэта газападобнае злучэнне атрымала назву фторысты вадарод.

Плавікавай кіслата была атрыманая ў 19 стагоддзі Гей-Люссаком з той жа сыравіны: флюорита і сернай кіслаты. Ампер сваімі досведамі даказаў, што па будынку малекулы HF аналагічны Хлоравадарод. Гэта тычыцца таксама водных раствораў гэтых галогеноводородов. Адрозненні тычацца сілы кіслот: плавікавую - слабая, а хларыдна - моцная.

фізічныя ўласцівасці

Газ з хімічнай формулай HF мае рэзкі характэрны пах, бясколерны, крыху лягчэй паветра. У шэрагу галогеноводородов HI- HBr- HCl- тэмпературы кіпення і плаўлення мяняюцца плаўна, а пры пераходзе да HF рэзка павялічваюцца. Тлумачэнне гэтай з'явы наступнае: малекулярны вадарод фторысты ўтварае асацыята (групы нейтральных часціц, паміж якімі ўзнікаюць вадародныя сувязі). Каб разарваць іх, патрабуецца дадатковая энергія, таму тэмпературы кіпення і плаўлення павялічваюцца. Згодна з паказчыках шчыльнасці газу, у інтэрвале, блізкім да тэмпературы кіпення (19,5), фтороводород складаецца з агрэгатаў з сярэднім складам HF _2. Пры награванні вышэй за 25 ^аб З гэтыя комплексы паступова раскладаюцца, і пры тэмпературы каля 90 ^аб З вадарод фторысты складаецца з малекул HF.

Як здабываюць фторгидрид

Спосабы атрымання рэчывы не ў лабараторных умовах, пра якія мы ўжо згадвалі, а ў прамысловасці, практычна няма чым паміж сабой не адрозніваюцца: рэагентамі з'яўляюцца ўсё той жа плавікавай шпат (флюорит) і сульфатная кіслата.

Мінерал, паклады якога размешчаны ў Прымор'е, Забайкаллі, Мексіцы, ЗША, спачатку ўзбагачаюць метадам флотации, а затым выкарыстоўваюць у тэхналагічным працэсе атрымання HF, які ажыццяўляюць у спецыяльных сталёвых печах. У іх загружаюць руду і змешваюць з сульфатнай кіслатой. Узбагачаная руда змяшчае 55-60% _{флюорита.} Сценкі печы выкладзеныя свінцовымі лістамі, якія ўлоўліваюць фторысты вадарод. Яго чысцяць ў промывочной калоне, астуджаюць, а затым кандэнсуюць. Каб атрымаць вадарод фторысты, выкарыстоўваюць верцяцца печы, ўскосна абаграваць электрычнасцю. Масавая доля HF на выхадзе складае прыблізна 0,98, але працэс мае свае недахопы. Ён досыць працяглы і патрабуе вялікага выдатку сульфатнай кіслаты.

Палярнасць малекул HF

Бязводны фторысты вадарод складаецца з часціц, якія маюць здольнасць звязвацца паміж сабой і ўтвараць агрэгаты. Тлумачыцца гэта унутраным будынкам малекулы. Паміж атамамі вадароду і фтору ўзнікае моцная хімічная сувязь, званая палярнай кавалентнай. Яна прадстаўлена агульнай электроннай парай, зрушанай да больш Электраадмо атаму фтору. З прычыны гэтага малекулы фторгидрида становяцца палярнымі і маюць від дыполяў.

Паміж імі ўзнікаюць сілы электрастатычнага прыцягнення, што і прыводзіць да з'яўлення асацыята. Даўжыня хімічнай сувязі паміж атамамі вадароду і фтору складае 92 нм, а яе энергія роўная 42 кДж / моль. Як у газападобным, так і ў вадкім стане рэчыва складаецца з палімернай сумесі выгляду H ₂ F _2, H ₄ F _4.

хімічныя ўласцівасці

Бязводны фторысты вадарод мае здольнасць да ўзаемадзеянні з солямі карбонатной, сілікатнай, нітрытнага і сульфидной кіслот. Выяўляючы акісляльныя ўласцівасці, HF аднаўляе вышэйпералічаныя злучэння да вуглякіслага газу, четырехфтористого крэмнія, серавадароду і аксідаў азоту. Водны 40% раствор фтороводорода разбурае бетон, шкло, скуру, каўчук, а таксама ўзаемадзейнічае з некаторымі аксідамі, напрыклад з Cu ₂ O. У прадуктах выяўляецца свабодная медзь, фтарыд медзі і вада. Ёсць група рэчываў, з якімі HF не рэагуе, напрыклад, цяжкія металы, а таксама магній, жалеза, алюміній, нікель.

Водны раствор фтороводорода

Ён мае назву плавікавай кіслата і выкарыстоўваецца ў выглядзе 40% і 72% раствораў. Вадарод фторысты, характарыстыка хімічных уласцівасцяў якога залежыць ад яго канцэнтрацыі, неабмежавана раствараецца ў вадзе. Пры гэтым вылучаецца цяпло, што характарызуе гэты працэс як экзотермический. З'яўляючыся кіслатой сярэдняй сілы, водны раствор HF ўзаемадзейнічае з металамі (рэакцыя замяшчэння). Утвараюцца солі - фтарыды - і вылучаецца вадарод. Не рэагуюць з плавікавай кіслатой пасіўныя металы - плаціна і золата, а таксама свінец. Кіслата пассивирует яго, то ёсць утворыць на паверхні металу ахоўную плёнку, якая складаецца з нерастваральнага фтарыду свінцу. Водны раствор HF можа ўтрымліваць прымешкі жалеза, мыш'яку, дыяксіду серы, у гэтым выпадку ён называецца тэхнічнай кіслатой. Канцэнтраваны 60% раствор HF мае важнае значэнне ў хіміі арганічнага сінтэзу. Ён захоўваецца ў поліэтыленавых або тефлоновых ёмістасцях, а многотоннажного плавікавай кіслата перавозіцца ў сталёвых цыстэрнах.

Ролю плавікавай кіслаты ў народнай гаспадарцы

Раствор фтороводорода ўжываюць для вытворчасці борфторида амонія, які з'яўляецца кампанентам флюсаў у чорнай і каляровай металургіі. Таксама яго выкарыстоўваюць у працэсе электролізу для атрымання чыстага бору. Плавікавай кіслата ўжываецца ў вытворчасці кремнефторидов, напрыклад, такога як Na ₂ SiF _6. Яго выкарыстоўваюць для атрымання цэментаў і эмаляў, ўстойлівых да дзеяння мінеральных кіслот.

Флюаты надаюць будаўнічых матэрыялаў воданепранікальныя ўласцівасці. У працэсе іх прымянення трэба захоўваць асцярожнасць, так як усе кремнефториды таксічныя. Водны раствор HF выкарыстаюць таксама і ў вытворчасці сінтэтычных змазачных алеяў. У адрозненне ад мінеральных, яны захоўваюць глейкасць і ўтвараюць ахоўную плёнку на паверхні рабочых частак: кампрэсараў, рэдуктараў, падшыпнікаў як пры высокіх, так і пры нізкіх тэмпературах. Вялікае значэнне мае водны фторысты вадарод ў тручэнні (матавання) шкла, а таксама ў паўправадніковай прамысловасці, дзе ён выкарыстоўваецца для тручэння крэмнія.

фторзмяшчальныя пластмасы

Найбольш запатрабаваным з іх з'яўляецца тефлон (фтарапласт - 4). Ён быў адкрыты зусім выпадкова. Хімік-арганікаў Рой Планкетт, які займаўся сінтэзам фреонов, выявіў у балонах з газападобных четерыххлористым этыленам, якія захоўваюцца пры анамальна нізкай тэмпературы, не газ, а белы парашок, тоўсты навобмацак. Аказалася, што пры высокім ціску і нізкай тэмпературы тетрафторэтилен полимеризовался.

Гэта рэакцыя прывяла да адукацыі новай пластычнай масы. Пасля яе назвалі тефлоном. Ён валодае выключнай цяпло-і марозаўстойлівасцю. Тефлоновый пакрыцця з поспехам ужываюць у харчовай, хімічнай прамысловасці, пры вытворчасці посуду з антіпрігарная ўласцівасцямі. Нават пры 70 ^аб З вырабы з фтарапласту - 4 не губляюць свае ўласцівасці. Выключнай з'яўляецца высокая хімічная інертнасць тефлона. Ён не руйнуецца пры кантакце з агрэсіўнымі рэчывамі - шчолачамі і кіслотамі. Гэта вельмі важна для абсталявання, якое выкарыстоўваецца ў тэхналагічных працэсах атрымання нітратнае і сульфатнай кіслот, гідраксіду амонія, з'едлівага натра. Фтарапласт могуць утрымліваць дадатковыя кампаненты - мадыфікатары, такія як шкловалакно або металы, з прычыны чаго яны мяняюць свае ўласцівасці, напрыклад, павышаюць тэрмаўстойлівасць і зносаўстойлівасць.

Дысацыяцыя фторыстага вадароду

Раней мы згадвалі, што ў малекулах HF утвараецца трывалая кавалентная сувязь, акрамя таго, самі яны здольныя аб'ядноўвацца ў агрэгаты, утвараючы вадародныя сувязі. Менавіта таму фтороводород мае нізкую ступень дысацыяцыі і дрэнна расшчапляецца ў водным растворы на іёны. Плавікавай кіслата з'яўляецца больш слабой, чым Хларыдныя або бромидная. Гэтыя асаблівасці яе дысацыяцыі тлумачаць існаванне стойкіх, кіслых соляў, тады як ні Хларыдныя, ні ёдавая іх не ўтварае. Канстанта дысацыяцыі воднага раствора фтороводорода складае 7х10 ^-4, што пацвярджае той факт, што ў яе растворы знаходзіцца вялікая колькасць недиссоциированных малекул і адзначаецца нізкае ўтрыманне іёнаў вадароду і фтору.

Чым небяспечны фторгидрид

Трэба адзначыць, што таксічным з'яўляецца як газападобны, так і вадкі фторысты вадарод. Код рэчывы - 0342. плавікавай кіслата валодае таксама і наркатычнымі ўласцівасцямі. На яе ўплыў на арганізм чалавека мы спынімся крыху пазней. У класіфікатары гэта рэчыва, гэтак жа як і бязводны фторгидрид, знаходзіцца ў другім класе небяспекі. Гэта тлумачыцца, перш за ўсё, здольнасцю злучэнняў фтору лёгка запальвацца. У прыватнасці, гэта ўласцівасць асабліва праяўляецца ў такога злучэння, як газападобны вадарод фторысты, пажара-, выбуханебяспечнымi якога асабліва вялікая.

Навошта вызначаюць ўзровень фтороводорода ў паветры

У прамысловай вытворчасці HF, якi атрымлiваецца з плавікавай шпата і сернай кіслаты, магчымыя страты газападобнага прадукту, пары якога трапляюць у атмасферу. Нагадаем, што фторысты вадарод (клас небяспекі якога - другі) - рэчыва высокатаксічнае і патрабуе пастаяннага вымярэння яго канцэнтрацыі. У прамысловых выкідах ўтрымоўваецца вялікая колькасць шкодных і патэнцыйна небяспечных хімічных рэчываў, перш за ўсё аксідаў азоту і серы, сульфідаў цяжкіх металаў, а таксама газападобных галогеноводородов. Сярод іх вялікая доля прыпадае на фторысты вадарод, ГДК якога ў атмасферным паветры складае 0,005 мг / м ³ у пераліку на фтор у суткі. Для завадскіх участкаў, дзе знаходзяцца барабанныя печы, гранічна дапушчальная канцэнтрацыя (ПДК) павінна складаць 0, 1 мг / м ^3.

Газааналізатары фторыстага вадароду

Каб высветліць, якія шкодныя газы і ў якой колькасці трапілі ў атмасферу, існуюць спецыяльныя вымяральныя прыборы. Для выяўлення пароў HF выкарыстоўваюць фотоколориметрические газааналізатары, у якіх ўжываюць як лямпы напальвання, так і паўправадніковыя святлодыёды ў якасці крыніц выпраменьвання, а фотадыёд і фототранзисторы гуляюць ролю фотапрымальнікаў. Вызначэнне фторыстага вадароду ў атмасферным паветры праводзіцца яшчэ і інфрачырвонымі газааналізатараў. Яны досыць адчувальныя. Малекулы HF паглынаюць даўгахвалевыя выпраменьвання ў інтэрвале 1-15 мкм. Прыборы, якія выкарыстоўваюцца для вызначэння таксічных адходаў у атмасферным паветры і ў рабочай зоне прамысловых прадпрыемстваў, фіксуюць ваганні канцэнтрацыі HF як у межах дапушчальнай нормы, так і ў адзінкавых экстрэмальных выпадках (тэхнагенныя катастрофы, парушэнні тэхналагічных цыклаў з прычыны пашкоджанняў электразабеспячэння і т. Д.). Гэтыя функцыі выконваюць термокондуктометрические газааналізатары фторыстага вадароду. Прам. выкіды яны дыферэнцыююцца на аснове залежнасці цеплаправоднасці HF ад складу газападобнай сумесі.

Шкодны ўплыў фторгидрида на арганізм чалавека

Як бязводны фтороводород, так і плавікавай кіслата, якая з'яўляецца яго растворам ў вадзе, ставяцца да другога класа небяспекі. Асабліва негатыўна гэтыя злучэнні ўплываюць на жыццёва важныя сістэмы: сардэчна-сасудзістую, вылучальную, дыхальную, а таксама скуру і слізістыя абалонкі. Пранікненне рэчывы праз скуру праходзіць незаўважна і бессімптомна. З'явы таксікозу могуць праявіцца на наступныя суткі, прычым яны дыягнастуюцца лавінападобна, а менавіта: скура изъязвляется, на паверхні слізістай вачэй утвараюцца апёкавыя ўчасткі. Тканіны лёгкіх руйнуюцца з прычыны некратычнага паразы альвеол. Іёны фтору, якія трапілі ў міжклеткавую вадкасць, далей пранікаюць у клеткі і звязваюць у іх часціцы магнію і кальцыя, якія ўваходзяць у склад нервовай тканіны, крыві, а таксама нырачных канальчыкаў - структур нефронов. Таму асабліва актуальным з'яўляецца пільны кантроль за зместам газападобнага фтороводорода і пароў плавікавай кіслаты ў атмасферы.