Фтороводород

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фтороводород
Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели
Изображение молекулярной модели
Общие
Систематическое
наименование
Фтороводород
Традиционные названия фтористый водород, гидрофторид; водорода фторид
Хим. формула HF
Рац. формула HF
Физические свойства
Состояние газ или подвижная жидкость
Молярная масса 20,01 г/моль
Плотность 0,99 г/см³
Энергия ионизации 15,98 ± 0,01 эВ[1] и 16,04 эВ[2]
Термические свойства
Температура
 • плавления −83,4 °C
 • кипения +19,54 °C
 • разложения разложение заметно при температуре выше +3500 °C
Критическая точка 188
Энтальпия
 • образования −273,3 кДж/моль
Давление пара 783 ± 1 мм рт.ст.[1]
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты 3,17
Растворимость
 • в воде 72,47 (20 °C)
Структура
Дипольный момент 6,1E−30 Кл·м[2]
Классификация
Рег. номер CAS 7664-39-3
PubChem
Рег. номер EINECS 231-634-8
SMILES
InChI
RTECS MW7875000
ChEBI 29228
ChemSpider
Безопасность
Предельная концентрация 0,5 мг/м³
ЛД50 14,3 мг/кг (крысы, внутривенно)
Токсичность Чрезвычайно ядовит, СДЯВ
Пиктограммы ECB Пиктограмма «T: Токсично» системы ECBПиктограмма «T+: Крайне токсично» системы ECBПиктограмма «Xi: Раздражитель» системы ECBПиктограмма «N: Опасно для окружающей среды» системы ECB
NFPA 704
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Фтóроводоро́д (гидрофтори́д, фтóристый водорóд, фтори́д водорóда, плавиковая кислота HF) — бесцветный газ (при стандартных условиях) с резким неприятным запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H2F2, ниже 19,9°C — бесцветная подвижная летучая жидкость. Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 35,4 % HF. Токсичен, максимальная ПДКмр.рз = 0,5 мг/м³, среднесменная ПДКсс.рз = 0,1 мг/м³ (в пересчёте на F). Фтористый водород, как элемент микроклимата (компонент воздуха рабочей зоны), в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 относится к I классу опасности (чрезвычайно опасные вещества), фтористый водород безводный (прозрачная жидкость с резким раздражающим запахом, дымящая на воздухе), как химический реактив, в соответствии с ГОСТ 14022-88 относится к II классу опасности (высокоопасные вещества).

Строение молекулы[править | править код]

Молекула фтороводорода сильно полярна, μ = 0,19 Д. Фтороводород в жидком и газообразном состояниях имеет большую склонность к ассоциации вследствие образования сильных водородных связей. Энергия водородных связей FH•••FH приблизительно составляет 41,5 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
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 код]

Физические свойства[править | править код]

Химические свойства[править | править код]

  • 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:
  • Жидкий HF — сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворённые в нём, за исключением хлорной кислоты HClO4, являются основаниями:
В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид-ионов, например, BF3, SbF5:
Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома(III)
(AlF3 — как кислота)
(AlF3 — как основание)
  • Фтороводород в газообразном состоянии и в виде водного раствора реагирует с диоксидом кремния:
При условии, если фтороводород в газообразном состоянии:
При условии, если фтороводород в виде водного раствора:
  • Фтороводород неограниченно растворяется в воде, при этом происходит ионизация молекул HF:
Kd= 7,2⋅10−4
Kd= 5,1
Водный раствор фтороводорода (плавиковая кислота) является кислотой средней силы. Соли плавиковой кислоты называются фторидами. Большинство их труднорастворимо в воде, хорошо растворяются лишь фториды NH4, Na, К, Rb, Cs, Ag(I), Tl(I), Sn(II), Ni(II), Be, Sb(III), Ge(II), Co(II), Mn(II), Mn(III), Cr(III), Zr(IV), Ti(III). Все растворимые соли плавиковой кислоты ядовиты.

Получение[править | править код]

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

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

Процесс проводят в стальных печах при 120—300 °C, по сравнению с аналогичными реакциями получения других галогеноводородов, реакция получения фтороводорода из фторидов идет очень медленно. Части установки, служащие для поглощения фтороводорода, делаются из свинца.

Токсикология[править | править код]

Фтористый водород (гидрофторид) обладает резким запахом, очень ядовит, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей. Фтороводород обладает слабыми наркотическими свойствами.

Как и некоторые другие производные фтора, HF высокоопасен в обращении.

Подробнее о токсикологии фтороводорода см в ст. Плавиковая кислота.

Применение[править | править код]

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 код]

  • 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.
  • 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.

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

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