Фтороводород

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фтороводород
Hydrogen-fluoride-2D-dimensions.png
Фтороводород
Фтороводород
Общие
Систематическое
наименование
фтороводород
Хим. формула HF
Физические свойства
Состояние газ или подвижная жидкость
Молярная масса 20,01 г/моль
Плотность 0,99 г/см³
Термические свойства
Т. плав. −83,4 °C
Т. кип. 19,54 °C
Кр. точка 188
Энтальпия образования −273,3 кДж/моль
Химические свойства
pKa 3,17
Растворимость в воде 72,47 (20 °C)
Классификация
Рег. номер CAS 7664-39-3
PubChem 14917
Рег. номер EINECS 231-634-8
SMILES
RTECS MW7875000
ChemSpider 14214
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Фтороводоро́д (фтористый водород, гидрофторид, фторид водорода) — бесцветный газ (при стандартных условиях) с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C — бесцветная подвижная жидкость. Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 35,4 % HF.

Строение молекулы[править | править вики-текст]

Молекула фтороводорода 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•••FH 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. Вследствие высокой прочности связи, термический распад фтороводорода становится заметным лишь выше 3500 °C (что выше температуры плавления вольфрама — самого тугоплавкого из металлов). Для сравнения — у воды термический распад становится заметным при температурах выше 2000 °C.

Структура

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[править | править вики-текст]

Физические свойства[править | править вики-текст]

Химические свойства[править | править вики-текст]

  • Химические свойства HF зависят от присутствия воды. Сухой фтористый водород не действует на большинство металлов и не реагирует с оксидами металлов. Однако если реакция начнется, то дальше она некоторое время идет с автокатализом, так как в результате взаимодействия количество воды увеличивается:
\mathsf{MgO + 2HF \rightarrow MgF_2 + H_2O}
  • Жидкий HF — сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворённые в нём, за исключением хлорной кислоты HClO4, являются основаниями:
\mathsf{HCl + 2HF \rightleftarrows H_2Cl^+ + HF_2^-}
В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид ионов, например BF3, SbF5:
\mathsf{BF_3 + 2HF \rightarrow H_2F^+ + [BF_4]^-}
Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома(III):
\mathsf{3NaF + AlF_3 \rightarrow 3Na^+ + [AlF_6]^{3-}}
(AlF3 — как кислота)
\mathsf{AlF_3 + 3BF_3 \rightarrow Al^{3+} + 3[BF_4]^-}
(AlF3 — как основание)
  • Фтороводород неограниченно растворяется в воде, при этом происходит ионизация молекул HF:
\mathsf{2HF + H_2O \rightleftarrows HF_2^- + H_3O^+}
Kd= 7,2·10−4
\mathsf{HF + F^- \rightleftarrows HF_2^-}
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, Ni, и Mn. Все соли плавиковой кислоты ядовиты.

Получение[править | править вики-текст]

Фтор со взрывом взаимодействует с водородом даже при низких температурах и (в отличие от хлора) в темноте с образованием фтороводорода:

\mathsf{H_2 + F_2 \rightarrow 2HF}

В промышленности фтороводород получают при взаимодействии плавикового шпата и сильных нелетучих кислот (например, серной):

\mathsf{CaF_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + 2HF}

Процесс проводят в стальных печах при 120—300 °C. Части установки, служащие для поглощения фтороводорода, делаются из свинца.

Техника безопасности[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Применяют для получения криолита, фтористых производных урана, фреонов, фторорганических веществ, матового травления силикатного стекла (плавиковую кислоту — для прозрачного травления). Необычная растворимость биологических молекул в жидком фтороводороде без разложения (напр., белков) используется в биохимии. Добавление в жидкий фтороводород акцепторов фтора позволяет создавать сверхкислые среды.

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Фтороводород реагирует со стеклом, поэтому он хранится в пластмассовых ёмкостях. При хранении фтороводорода в стеклянной посуде прибегают к покрытию стекла парафином для защиты его от фтороводорода.

Литература[править | править вики-текст]

  • Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001.
  • Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1994.