Фторид кальция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фторид кальция
Calcium fluoride.jpg
Fluorite-unit-cell-3D-ionic.png
Fluorite crystals 270x444.jpgFluorid vápenatý.PNG
Общие
Хим. формула CaF2
Физические свойства
Состояние белое кристаллическое вещество (монокристаллы являются прозрачными)
Молярная масса 78.07 г/моль
Плотность 3.18 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 1418 °C
Т. кип. 2533 °C
Т. всп. негорюч °C
Мол. теплоёмк. 67,03 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования -1221 кДж/моль
Удельная теплота плавления 30 Дж/кг
Химические свойства
pKa 1
Растворимость в воде (18 °C) 0.0015 г/100мл

(20 °C) 0.0016 г/100 мл

Растворимость в ацетоне нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления 1.4328
Структура
Кристаллическая структура кубическая кристаллическая структура
Классификация
Рег. номер CAS [http://www.chemnet.com/cas/supplier.cgi?exact=dict&terms=7789-75-5 7789-75-5 7789-75-5 7789-75-5]
PubChem 24617
SMILES
Рег. номер EC 232-188-7
RTECS EW1760000
ChemSpider 23019
Безопасность
ЛД50 (перорально, крысы) 4250 мг/кг
Токсичность
NFPA 704.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Фторид кальция — неорганическое бинарное ионное химическое соединение. Химическая формула CaF2.

Физические свойства[править | править исходный текст]

Бесцветные диамагнитные кристаллы (в измельчённом состоянии — белые). До температуры 1151 °C существует α-CaF2 с кубической решеткой (а = 0,54626 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), выше 1151 °C — разупорядоченная модификация тетрагональной сингонии, температура плавления у этой модификации — 1418 °C.

Плохо растворим в воде (16 мг/л при 18 °C).

Получение[править | править исходный текст]

В природе CaF2 встречается в виде минерала флюорита (плавиковый шпат), который содержит до 90-95 % CaF2 и 3,5-8 % SiO2. Это хрупкий и мягкий минерал с большой вариацией в цвете: бесцветный, белый, желтый, оранжевый, красный, бурый, зеленый, зеленовато-голубой, фиолетово-синий, серый, пурпурный, синевато-черный, розовый и малиновый. Окраска связана с примесями хлора, железа, урана, дефектами кристаллической структуры, которая весьма тонко реагирует на нагревание. Является основным источником фтора в мире. Мировое производство ~4,5 млн т/год (1983 год).

В лабораторных условиях фторид кальция обычно получают из карбоната кальция и плавиковой кислоты:

~\mathsf{CaCO_3+2HF \xrightarrow{} CaF_2\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}

Чисто теоретический интерес представляет способ получения непосредственно из простых веществ:

~\mathsf{Ca+F_2 \xrightarrow{} CaF_2}

Разбавленная плавиковая кислота взаимодействует с оксидом кальция:

~\mathsf{CaO+2HF \xrightarrow{} CaF_2\downarrow + H_2O}

Фторид кальция можно получить обменными реакциями, например:

~\mathsf{CaCl_2+2NH_4F \xrightarrow{} CaF_2\downarrow + 2NH_4Cl}

Химические свойства[править | править исходный текст]

Фторид кальция химически относительно пассивен. При высокой температуре подвергается гидролизу:

~\mathsf{CaF_2+H_2O \xrightarrow{800^oC} CaO + 2HF}
~\mathsf{CaF_2+H_2O + SiO_2 \xrightarrow{1450^oC} CaSiO_3 + 2HF}

Разлагается концентрированной серной кислотой, что используется в промышлености для получения HF:

~\mathsf{CaF_2+H_2SO_4 \xrightarrow{130-200^oC} CaSO_4 + 2HF\uparrow}

При избытке HF образует сложный кристаллогидрат:

~\mathsf{CaF_2+2HF+6H_2O \xrightarrow{} Ca(HF_2)_2\cdot 6H_2O\downarrow}

При температуре в 600—700 °C фторид лития реагирует с оксидом кальция, давая на выходе оксид лития и фторид кальция:

~\mathsf{2LiF+CaO \xrightarrow{600-700^oC} CaF_2 + Li_2O}

Фторид лития с насыщенным раствором гидроксида кальция реагирует образовывая гидроксид лития и фторид кальция:

~\mathsf{2LiF+Ca(OH)_2 \xrightarrow{} CaF_2 + 2LiOH}

Применение[править | править исходный текст]

Фторид кальция является основным источником фтора и его соединений. Начиная с конца 1990-х добывалось ~5 млн тонн данного вещества в год.

Фторид кальция является компонентом металлургических флюсов, специальных стекол, эмалей, керамики, оптических и лазерных материалов. Он также используется в качестве флюса при плавке и переработке жидких чугуна и стали.

В лаборатории, фторид кальция широко применяется в качестве оптического материала для инфракрасного и ультрафиолетового излучений, а также как материал с чрезвычайно низким показателем преломления. В первые годы 21-го века цена на рынке фторида кальция упала, и многие крупные заводы были закрыты. Canon и другие производители используют синтетически выращенные кристаллы фторида кальция в качестве компонентов в объективах, уменьшающих рассеивание света.

Отличные механические, технические и эксплуатационные характеристики в сочетании с прозрачностью в широком спектральном диапазоне, высокой оптической однородностью, высокой радиационной устойчивостью позволяют использовать оптические монокристаллы фторида кальция в:

Монокристаллы используются для изготовления окон, призм, линз и других оптических деталей, работающих в диапазоне излучения от ультрафиолетового до инфракрасного. Оптические детали из фторида кальция используются без защитных покрытий.[1]

Опасность применения[править | править исходный текст]

Фторид кальция считается относительно безвредным в силу его малой растворимости в воде. Ситуация схожа и с BaSO4, где токсичность, обычно связанная с Ba2+, компенсируется очень низкой растворимостью сульфата.

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]