- Фтористый водород
-
Фтороводород Общие Систематическое наименование фтороводород Химическая формула HF Отн. молек. масса 20.01 а. е. м. Молярная масса 20.01 г/моль Физические свойства Плотность вещества 0,99 г/см³ Состояние (ст. усл.) газ или подвижная жидкость Термические свойства Температура плавления -83.4 °C Температура кипения 19.54 °C Энтальпия (ст. усл.) -273,3 кДж/моль Химические свойства Растворимость в воде 72,47 (20°C) г/100 мл Классификация номер CAS 7664-39-3 Фтороводород — бесцветный газ с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C — бесцветная подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF.
Содержание
Строение молекулы
Молекула фотороводорода сильно полярна, μ = 0,64·10-29 Кл·м. Фтороводород в жидком и газообразном состояниях имеет большую склонность к ассоциации вследствие образования сильных водородных связей. Энергия водородных связей FH•••FН приблизительно составляет 42 кДж/моль, а средняя степень полимеризации в газовой фазе (при температуре кипения) ≈4. Даже в газообразном состоянии, фтороводород состоит из смеси полимеров H2F2, H3F3, H4F4, H5F5, H6F6. Простые молекулы HF существуют лишь при температурах выше 90 °C. Вследствии высокой прочности связи, термический распад фотороводорода становится заметным лишь выше 3500 °C (что выше температуры плавления вольфрама,самого тугоплавкого из металлов,для сравнения, у воды термический распад становится заметным при температуры выше 2000 °C).
Источник
- Ахметов Н.С. "Общая и неорганическая химия" М.:Высшая школа, 2001
- Карапетьянц М.Х. Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994
В кристаллическом состоянии HF образует орторомбические кристаллы, состоящие из цепеобразных структур: угол HFH = 116 °, d(F-H) = 95 пм, d(F•••H) = 155 пм. Аналогичные зигзагообразные
цепи с углом HFH = 140°) имеют и полимеры HF, существующие в газовой фазе.
Свойства
Физические свойства
- Критическая температура фтористого водорода 188 °C, критическое давление 64 атм.
- Теплота испарения жидкого НF в точке кипения составляет лишь 7,5 кДж/моль (примерно в 6 раз меньше, чем у воды при 20 °C). Это обусловлено тем, что само по себе испарение мало меняет характер ассоциации фтористого водорода (димерная форма, характерная для жидкости, сохраняется и в парах — в отличие от фазового перехода воды).
- Диэлектрическая проницаемость жидкого фтористого водорода (84 при 0 °C) очень близка к значению д.п. для воды.
Химические свойства
- Химические свойства HF зависят от присутствия воды. Сухой фтористый водород не действует на большинство металлов и не реагирует с окисдами металлов. Однако если реакция начнется, то дальше она некоторое время идет с автокатализом, так как в результате взаимодействия количество воды увеличивается:
- МО + 2HF = MF2 + Н2О
- Жидкий HF – сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворенные в нем, за исключением хлорной кислоты НClO4, являются основаниями:
- HCl + 2HF ↔ ClH2+ + HF2-
- В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид ионов, например BF3, SbF5:
- BF3 + 2HF → FH2+ + BF4-
- Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома (III):
- 3NaF + AlF3 → 3Na+ + AlF6-
- (AlF3 - как кислота)
- AlF3 + 3BF3 → Al3+ + 3BF4-
- (AlF3 - как основание)
- Фтороводород неограниченно растворяется в воде, при этом происходит ионизация молекул HF:
- HF + H2O ↔ OH3+ + HF2-
-
- Kd= 7.2·10-4
-
- HF + F- ↔ HF2-
-
- Kd= 5.1
-
- В водном растворе HF (плавиковая кислота) является кислотой средней силы. Соли плавиковой кислоты называются фторидами. Большинство их трудно растворимо в воде, хорошо растворяются лишь фториды Na, К, Ag, Al, Sn и Hg. Все соли плавиковой кислоты ядовиты.
Получение
Фтор со взрывом взаимодействует с водородом даже при низких температурах и (в отличие от хлора) в темноте с образованием фтороводорода:
- Н2 + F2 → 2HF
В промышленности фтороводород получают при взаимодействии плавикового шпата и сильных кислот (например, серной):
- CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
Процесс проводят в стальных печах при 120–300°С. Части установки, служащие для поглощения HF, делаются из свинца.
Техника безопасности
Очень ядовит! Фтористый водород (гидрофторид) обладает резким запахом, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей.
Подробнее о токсикологии фтороводорода см в ст. Плавиковая кислота.
Применение
Применяют для получения криолита, фтористых производных урана, фреонов, фторорганических веществ, матового травления силикатного стекла (плавиковую кислоту — для прозрачного травления).
Любопытные факты
Известный писатель-фантаст Иван Ефремов написал повесть «Сердце змеи», в которой описал гипотетическую жизнь, образовавшуюся на планете, где основную роль в природе играет не кислород, а фтор, а вместо воды поверхность планеты покрыта океанами фтороводорода. На эту мысль писателя навела глубокая аналогия между свойствами воды и фтороводорода.
Литература
- Ахметов Н.С. "Общая и неорганическая химия" М.:Высшая школа, 2001
- Карапетьянц М.Х. Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994
Wikimedia Foundation. 2010.