Tarp halogenų junginių - 7 grupės elementaipagrindinis DI Mendelejevo periodinių cheminių elementų sistemos pogrupis - vandenilio fluoridas turi didelę praktinę reikšmę. Kartu su kitais vandenilio halogenidais jis naudojamas įvairiuose šalies ekonomikos sektoriuose: fluorintų plastikų, fluoro vandenilio rūgšties ir jos druskų gamybai. Šiame darbe mes ištirsime molekulės struktūrą, šios medžiagos fizikines ir chemines savybes bei apsvarstysime jos taikymo sritis.
Istorija atradimo
K. XV a.„Shvankvard“ atliko eksperimentą su mineraliniu ir sulfato rūgštimi. Mokslininkas nustatė, kad reakcijos metu išsiskiria dujos, kurios prasiskverbė stiklo plokštę, padengiančią vamzdelį reagentų mišiniu. Šis dujinis junginys vadinamas vandenilio fluoridu.
Hidrofluorūgštis buvo gauta XIX aGay-Lussac iš tų pačių žaliavų: fluorito ir sieros rūgšties. Ampere per savo eksperimentus įrodė, kad HF molekulės struktūra yra panaši į vandenilio chloridą. Tai taip pat taikoma šių vandenilio halogenidų vandeniniams tirpalams. Skirtumai yra susiję su rūgščių stiprumu: silpnu vandeniliu - ir chloridu - stipriais.
Fizinės savybės
Dujos, kurių cheminė formulė HF, yra aštrusbūdingas kvapas, bespalvis, šiek tiek lengvesnis už orą. Vandenilio halogenidų serijoje HI-HBr-HCl- virimo ir lydymosi temperatūra sklandžiai keičiasi, o einant į HF jie smarkiai padidėja. Šio reiškinio paaiškinimas yra toks: molekulinis vandenilio fluoridas formuoja asociatyvas (neutralių dalelių grupes, tarp kurių atsiranda vandenilio ryšiai). Norint juos suskaidyti, reikia papildomos energijos, todėl virimo ir lydymosi temperatūros padidėja. Pagal dujų tankio rodiklius, esant virimo temperatūrai (+19,5), vandenilio fluoridas susideda iš agregatų, kurių vidutinė HF sudėtis2. Kaitinant virš 25 oŠiems kompleksams palaipsniui skaidant ir esant maždaug 90 ° C temperatūrai oVandenilio fluoridą sudaro HF molekulės.
Kaip išgaunamas hidrofluoras
Cheminės medžiagos gavimo ne laboratorijoje metodaisąlygas, kurias jau minėjome, tačiau pramonėje praktiškai niekas nesiskiria: visi reagentai yra tas pats fluoras (fluoras) ir sulfato rūgštis.
Mineralai, kurių telkiniai yra Primorye,Transbaikalija, Meksika, JAV, pirmiausia praturtinama plūdimu ir vėliau naudojama HF gamybos procese, kuris atliekamas specialiose plieninėse krosnyse. Jie pakraunami rūdos ir sumaišomi su sulfato rūgštimi. Naudingoje rūdoje yra 55–60% fluorito. Krosnies sienos yra išklotos švino lakštais,sulaikant vandenilio fluoridą. Jis gryninamas plovimo kolonoje, atvėsinamas ir tada kondensuojamas. Vandenilio fluoridui gauti naudojamos rotacinės krosnys, netiesiogiai šildomos elektra. Masės HF dalis išleidimo angoje yra maždaug 0,98, tačiau procesas turi trūkumų. Tai gana ilga ir reikalauja daug sulfato rūgšties.
HF molekulių poliškumas
Bevandenį vandenilio fluoridą sudaro dalelės,turintys galimybę bendrauti tarpusavyje ir sudaryti agregatus. Tai paaiškinama molekulės vidine struktūra. Tarp vandenilio ir fluoro atomų yra stiprus cheminis ryšys, vadinamas poliariniu kovalentiniu. Tai vaizduojama bendra elektronų pora, pasislinkusi link labiau elektronegatyvaus fluoro atomo. Dėl to fluoro hidrido molekulės tampa polinės ir atrodo kaip dipolės.
Elektrostatinės jėgostrauką, dėl kurios atsiranda partnerių. Cheminio ryšio tarp vandenilio ir fluoro atomų ilgis yra 92 nm, o jo energija - 42 kJ / mol. Tiek dujinėse, tiek skystosiose medžiagose medžiagą sudaro H tipo polimero mišinys2F2, H4F4.
Cheminės savybės
Bevandenis vandenilio fluoridas turi galimybęsąveika su karbonato, silikato, nitrito ir sulfido rūgščių druskomis. Demonstruodamas oksidacines savybes, HF redukuoja minėtus junginius iki anglies dioksido, silicio tetrafluorido, vandenilio sulfido ir azoto oksidų. 40% vandenilio fluorido tirpalas ardo betoną, stiklą, odą, gumą ir sąveikauja su kai kuriais oksidais, tokiais kaip Cu2O. Laisvas varis, vario fluoras ir vanduo yra gaminiuose. Yra grupė medžiagų, su kuriomis HF nereaguoja, pavyzdžiui, sunkieji metalai, taip pat magnis, geležis, aliuminis, nikelis.
Vandenilio fluorido vandeninis tirpalas
Ji vadinama fluoro rūgštimi irnaudojamas 40% ir 72% tirpalų pavidalu. Vandenilio fluoridas, kurio cheminių savybių charakteristika priklauso nuo jo koncentracijos, neribotai tirpsta vandenyje. Tuo pačiu metu išsiskiria šiluma, kuri šį procesą apibūdina kaip egzoterminį. Kaip vidutinio stiprumo rūgštis, vandeninis HF tirpalas sąveikauja su metalais (pakaitinė reakcija). Susidaro druskos - fluoridai ir išsiskiria vandenilis. Pasyvūs metalai - platina ir auksas, taip pat švinas - nereaguoja su fluoro rūgštimi. Rūgštis jį pasyvina, tai yra, ant metalinio paviršiaus susidaro apsauginė plėvelė, susidedanti iš netirpaus švino fluoro. Vandeniniame HF tirpale gali būti geležies, arseno, sieros dioksido priemaišų, šiuo atveju jis vadinamas technine rūgštimi. Organinės sintezės chemijoje būtinas koncentruotas 60% HF tirpalas. Jis laikomas polietileno arba teflono talpyklose, o HFV gabenamas plieninėse talpyklose.
Fluorūgšties vaidmuo šalies ekonomikoje
Gamybai naudojamas vandenilio fluorido tirpalasamonio borofluoridas, kuris yra juodųjų ir spalvotųjų metalurgijos srautų komponentas. Jis taip pat naudojamas elektrolizės procese, norint gauti gryną borą. Fluorūgšties rūgštis naudojama gaminant silicio fluoridus, tokius kaip Na2SiF6... Jis naudojamas cementams ir emaliams, atspariems mineralinių rūgščių poveikiui, gauti.
Fluatai suteikia statybinėms medžiagomsvandeniui atsparios savybės. Naudojant juos reikia būti atsargiems, nes visi silicofluoridai yra toksiški. HF vandeninis tirpalas taip pat naudojamas sintetinių tepalinių aliejų gamybai. Skirtingai nuo mineralinių, jie išlaiko savo klampumą ir ant darbinių dalių paviršiaus sudaro apsauginę plėvelę: kompresorius, pavarų dėžes, guolius tiek aukštoje, tiek žemoje temperatūroje. Vandenilio fluoridas turi didelę reikšmę ėsdinant (matuojant) stiklą, taip pat puslaidininkių pramonėje, kur jis naudojamas siliciui ėsdinti.
Fluorinti plastikai
Iš jų paklausiausias yra teflonas.(fluoroplastikas - 4). Tai buvo atrasta visai atsitiktinai. Organinis chemikas Roy Plunkettas, dalyvavęs freonų sintezėje, randamas cilindruose su dujiniu etileno chloridu, laikomas nenormaliai žemoje temperatūroje, o ne dujos, o balti milteliai, liečiantys riebūs. Paaiškėjo, kad tetrafluoretilenas polimerizuojasi esant aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai.
Ši reakcija paskatino susiformuoti naująplastikinė masė. Vėliau jis buvo pavadintas teflonu. Jis pasižymi išskirtiniu atsparumu karščiui ir šalčiui. Teflono dangos sėkmingai naudojamos maisto, chemijos pramonėje ir nelipnių savybių indų gamyboje. Net būdamas 70-ies oIš fluoroplastiko gaminių - 4 nepraranda savosavybės. Didelis teflono cheminis inertiškumas yra išskirtinis. Susilietus su agresyviomis medžiagomis - šarmais ir rūgštimis, ji nesubyra. Tai labai svarbu įrangai, naudojamai nitratų ir sulfatų rūgščių, amonio hidroksido ir kaustinės sodos gamybos technologiniuose procesuose. Fluoroplastikuose gali būti papildomų komponentų - modifikatorių, tokių kaip stiklo pluoštas ar metalai, dėl kurių jie keičia savo savybes, pavyzdžiui, padidina atsparumą karščiui ir atsparumą dilimui.
Vandenilio fluorido disociacija
Anksčiau minėjome, kad HF molekulėsestiprus kovalentinis ryšys, be to, jie patys sugeba susijungti į agregatus, formuodami vandenilio jungtis. Štai kodėl vandenilio fluoridas mažai disocijuoja ir yra silpnai skaidomas į jonus vandeniniame tirpale. Fluorūgšties rūgštis yra silpnesnė nei chlorido arba bromo rūgšties. Šie jo disociacijos ypatumai paaiškina patvarių, rūgščių druskų egzistavimą, o nei chloridas, nei jodas jų nesudaro. Vandenilio fluorido vandeninio tirpalo disociacijos konstanta yra 7x10-4, kuris patvirtina faktą, kad jo tirpale yra daug neišsijungusių molekulių ir pastebimas nedidelis vandenilio ir fluoro jonų kiekis.
Kodėl hidrofluoras yra pavojingas?
Reikėtų pažymėti, kad toksiška yra ir viena, ir kitadujinis ir skystas vandenilio fluoridas. Medžiagos kodas yra 0342. Fluoro rūgštis taip pat turi narkotinių savybių. Apie jo poveikį žmogaus organizmui apsistosime šiek tiek vėliau. Klasifikatoriuje ši medžiaga, kaip ir bevandenis vandenilio fluoridas, priklauso antrai pavojingumo klasei. Tai pirmiausia lemia fluoro junginių degumas. Ši savybė ypač pasireiškia tokiame junginyje kaip dujinis vandenilio fluoridas, kurio gaisro ir sprogimo pavojus yra ypač didelis.
Kodėl verta nustatyti vandenilio fluorido kiekį ore
Pramoninėje HF gamyboje gautas išfluoro ir sieros rūgšties, galima prarasti dujinį produktą, kurio garai patenka į atmosferą. Prisiminkime, kad vandenilio fluoridas (kurio pavojingumo klasė yra antra) yra labai toksiška medžiaga ir reikia nuolat matuoti jo koncentraciją. Pramonės teršaluose yra daug kenksmingų ir potencialiai pavojingų cheminių medžiagų, visų pirma azoto ir sieros oksidų, sunkiųjų metalų sulfidų, taip pat dujinių vandenilio halogenidų. Tarp jų didelę dalį sudaro vandenilio fluoridas, kurio MPC atmosferos ore yra 0,005 mg / m3 fluoro kiekiu per parą. Gamyklos zonose, kur yra būgninės krosnys, didžiausia leistina koncentracija (MPC) turėtų būti 0,1 mg / m3.
Vandenilio fluorido dujų analizatoriai
Norėdami sužinoti, kurios kenksmingos dujos ir kuriosekiekio pateko į atmosferą, yra specialūs matavimo prietaisai. Didelio dažnio garams aptikti naudojami fotokolorimetriniai dujų analizatoriai, kuriuose kaip kaitinimo lempos ir puslaidininkiniai šviesos diodai naudojami kaip spinduliuotės šaltiniai, o fotodiodai ir fototransistoriai veikia kaip fotodetektoriai. Vandenilio fluoridas atmosferos ore taip pat nustatomas infraraudonųjų spindulių dujų analizatoriais. Jie yra pakankamai jautrūs. HF molekulės sugeria ilgos bangos ilgio 1-15 mikronų spinduliuotę. Prietaisai, naudojami toksiškoms atliekoms aplinkos ore ir pramonės įmonių darbo zonoje nustatyti, fiksuoja HF koncentracijos svyravimus tiek leistinos normos ribose, tiek pavieniais kraštutiniais atvejais (žmogaus sukeltos nelaimės, technologinių ciklų sutrikimai dėl elektros tiekimo pažeidimo ir kt.). Šias funkcijas atlieka termolaidūs vandenilio fluorido dujų analizatoriai. Prom. jie diferencijuoja emisijas pagal HF šilumos laidumo priklausomybę nuo dujinio mišinio sudėties.
Kenksmingas hidrofluorido poveikis žmogaus organizmui
Bevandenis vandenilio fluoras ir vandenilio fluorasrūgštis, kuri yra jos tirpalas vandenyje, priklauso antrai pavojingumo klasei. Šie junginiai ypač neigiamai veikia gyvybiškai svarbias sistemas: širdies ir kraujagyslių, šalinimo, kvėpavimo, taip pat odos ir gleivines. Medžiagos prasiskverbimas per odą yra nepastebimas ir besimptomis. Toksikozės reiškiniai gali pasirodyti kitą dieną, ir jie diagnozuojami panašiai į laviną, būtent: oda išopėja, susidaro deginimo vietos ant akių gleivinės paviršiaus. Plaučių audinys sunaikinamas dėl nekrozinių alveolių pažeidimų. Fluoro jonai, įstrigę tarpląsteliniame skystyje, prasiskverbia į ląsteles ir suriša jose esančias magnio ir kalcio daleles, kurios yra nervinio audinio, kraujo, taip pat inkstų kanalėlių dalis - nefronų struktūros. Todėl ypač svarbu atidžiai stebėti dujinio vandenilio fluorido ir fluoro rūgšties garų kiekį atmosferoje.
