Плавиковая кислота

использовать

Плавиковая кислота имеет множество применений в промышленности и науке . Общий объем промышленного производства в Европе в 2015 году составил более 230 000 тонн. Их изготавливали на девяти производственных площадках. Пятеро из них находятся в Германии.

Промышленное использование

Структурная формула из политетрафторэтилена (тефлон)

Хлорфторуглероды (ХФУ) в основном используются в холодильной технике и для вспенивания пластмасс .
60% фтористоводородной кислоты требуется для производства фторуглеродов (ЖК).
Фторполимеры — это пластмассы, которые отличаются особой стабильностью . Самый известный из них — PTFE (тефлон).
Добыча и обработка металлов . Плавиковая кислота существует. В. Продукт реакции для получения фторида алюминия или используется при извлечении редких металлов , таких как или , и в обработке поверхности из нержавеющей стали .
В противном случае фтористоводородная кислота используется в нефтяной промышленности в качестве катализатора , в небольшой степени используется в препаратах для приготовления лекарств и пестицидов .
Кроме того, стекло травления эффект используется в производстве из хрусталя для поверхностной полировки .

Исследования и наука

Травление поверхности — структура чашки для яиц

В исследовании , плавиковая кислота, в том числе прочего, травитель для диоксида кремния , титана , ниобия , тантала или вольфрама , например Б. в микроструктурировании поверхностей. Там часто используется фтористоводородная кислота, забуференная фторидом аммония , чтобы иметь возможность лучше контролировать ход процесса травления. Кроме того, способность растворять силикаты используется в процессах разложения при анализе.

В палеонтологии и пыльце заказчик HF должен обнажить нечувствительные окаменелости или использовать Exinen .

Другое использование

10% водный раствор фтороводорода используется как средство для удаления ржавчины с текстильных изделий .

Плавиковая кислота также используется для « травления », царапания стекол , часто в общественном транспорте (см. Также царапины ). Серьезные кожные и респираторные травмы могут произойти , если пассажиры или очистки персонала вступают в контакт с жидкостью .

Плавиковая кислота приобрела дополнительную известность благодаря популярной культуре, такой как телесериал США « Во все тяжкие» . Однако миф о том, что он может легко разлагать трупы, был опровергнут.

Свойства плавиковой кислоты

Физические
. Это жидкий не имеющий окраса легкоподвижный материал. Запах – острый, обжигающий. При сочетании с водой смешивается. Растворение фтороводорода в воде приводит к возникновению весьма большого количества тепла (59,1 кДж/моль). Получается продукт с 38,6 % (37,5 %) HF, азеотропная смесь, которая кипит при 114 °C (109 °C). Он является результатом работы как с высококонцентрированным, так и с разбавленным веществом.

Небольшие температурные параметры – предусловие формирования соединений, не отличающихся стойкостью, при контакте гидрофторида и воды.

Химические
. Гидрофторидная кислота принадлежит к средне сильным кислотам. Она способна разъедать стекло и прочие силикаты (это единственная кислота, реагирующая с оксидом кремния – основой всех силикатных материалов), поэтому хранение и перевозку нужно осуществлять в ПЭ таре
, ни в коем случае не в стеклянных емкостях. Реакция протекает с выделением фторида кремния в газообразном состоянии.

Плавиковая кислота реагирует с различными металлами, при этом формируются фториды. Растворению в ней не поддаются свинец, платина, золото и палладий. Отсутствует ее влияние и на такие материалы, как парафин
, каучук, полиэтилен, фторопласт и прочие пластики. Если ее концентрация не превышает 60 %, то воздействия не происходит и на железо.

Еще одно интересное свойство данного вещества заключается в замерзании воды при более низкой t, если внести в нее HF.

Токсические
. Фтороводородная кислота не горючая, но осуществляет сильное токсическое влияние на людей и окружающую среду. Она не только ядовита, но и характеризуется наркотическим воздействием. Может стать причиной острых отравлений, внести негативные изменения в пищеварительный тракт, кровь и органы кроветворения, а также привести к отеку легких. Проникнув в кровь сквозь кожу, может связывать кальций и нарушать деятельность сердечно-сосудистой системы.

Чревата пагубными последствиями при вдыхании, раздражением кожных покровов и слизистых оболочек, обладает кожно-резорбтивной и эмбриотоксичностью, имеет мутагенное действие и способна накапливаться в организме.

Сама кислота, как и чистый фтороводород, принадлежит ко 2-му классу опасности по воздействию на внешнюю среду.

Нужно соблюдать осторожность, так как при начальном контакте с кожей фтористоводородная кислота может не вызывать обильных болевых ощущений, продолжая при этом потихоньку и незаметно всасываться. Но пройдет некоторое время – и во всей силе проявят себя химические ожоги, боли, отеки и общий токсический эффект

Плавиковая кислота: применение

Высокочистый и технический материал различных концентраций находит применение во многих отраслях. Основные из них следующие:

– стекольное производство (прозрачное травление кремниевого стекла, удаление шероховатости из поверхности хрусталя);

– нефтехимия и горнодобывающее направление (обработка и очистка поверхностей, увеличение эффективности добычи нефти путем изъятия асфальтовых и парафиновых отложений, разрушение пород, содержащих кремний);

– химия (выделение ряда металлов, в частности Ta, Zr и Nb, катализ некоторых хим. процессов, в частности при алкилировании в реакции изобутана и олефина, а также изготовление фторлонов, холодильных агентов
, содержащих фтор кислот, боратов и фторидов, орган. соединений на основе F, искусственных смазок и пластмасс);

– аналитическая химия (растворение силикатных соединений);

– алюминиевая промышленность (изготовление алюминия
электролитическим методом и работа с ним);

– металлообработка (входит в состав композиций, предназначенных для травления и полирования, электрохим. обработки сплавов и нержавейки, используется при очищении заготовок из металла от песка и керамических примесей);

– полупроводниковая отрасль (очищение и травление кремния для полупроводников);

– стоматология и зуботехническое дело (изъятие с внутренней стороны протезов из керамики лейцита, плюс выступает протравливающим веществом и элементом металлического каркаса под керамические коронки, обеспечивающим надежную фиксацию);

– создание фильтровальных систем.

Как видите, несмотря на свою опасность, плавиковая кислота ввиду ряда ценных физических и химических свойств очень важна для разных отраслей. Используйте ее с учетом всех требований безопасности – сведете к минимуму негативные последствия, получив при этом желаемые результаты работы.

Физические свойства

Газ с химической формулой HF имеет характерный резкий запах, бесцветен, немного легче воздуха. В ряду HI-HBr-HCl-галогенид водорода температуры кипения и плавления изменяются постепенно, а при переходе к HF они резко возрастают. Объяснение этого явления следующее: молекулярные формы плавиковой кислоты связаны (группы нейтральных частиц, между которыми возникают водородные связи). Для их разделения требуется дополнительная энергия, поэтому температуры кипения и плавления увеличиваются. По показателям плотности газа в интервале вблизи температуры кипения (+19,5) плавиковая кислота состоит из агрегатов со средним составом HF2. При нагревании выше 25 ° C эти комплексы постепенно разлагаются, и при температуре около 90 ° C фтористоводородная кислота состоит из молекул HF.

Плавиковая кислота (фтороводородная кислота) — крайне токсичный, но широко востребованный реактив

Фтороводородная кислота — неорганическое вещество, одноосновная кислота, раствор HF в воде. Реактив еще называют фтористоводородной кислотой и плавиковой кислотой. Последнее название связано с тем, что фтороводород получают из содержащего фтор (CaF2) плавикового шпата — очень красивого минерала флюорита, светящегося под ультрафиолетовым излучением или при нагревании.

Свойства

Соединение — прозрачная жидкость, без цвета, с резким запахом. Не горит, но очень токсично для человека и окружающей среды. С химической точки зрения это кислота средней силы. Она вступает в реакции с большинством металлов, образуя соли — фториды. Соли щелочных металлов водорастворимы, а щелочно-земельных — плохо растворимы или вообще нерастворимы. Реактив любой концентрации не растворяет свинец, платину, палладий, золото, не реагирует с парафином, полиэтиленом, фторопластом и другими пластмассами, каучуковыми материалами. Кислота, содержащая более 60% HF, не взаимодействует с железом.

Важная особенность фтористоводородной кислоты — она единственная реагирует с оксидом кремния, который составляет основу всех силикатных материалов, в том числе, стекла. Поэтому ее нельзя наливать в стеклянные сосуды.

У фтороводородной кислоты есть еще одно интересное свойство — вода с добавлением даже небольшого количества этого реактива замерзает при более низких температурах.

Меры безопасности

Плавиковая кислота и ее пары ядовиты. Особенно коварна разбавленная кислота: при попадании на кожу ее брызг человек может вообще ничего не почувствовать, но вещество впитается в кожу и поступит в кровоток. Примерно через сутки проявятся симптомы токсического отравления, отек легких, нарушения работы сердечно-сосудистой системы и ЖКТ, так как соединение образует нерастворимые соли кальция и магния, связывая эти важные для нормального функционирования организма элементы. На коже проявится химический ожог из-за того, что реагент разрушает клетчатку.

Фтористоводородная кислота раздражающе действует на органы дыхания, глаза, оказывает легкое наркотическое действие, обладает способностью повреждать ДНК и усиливать воздействие других неблагоприятных факторов. Она относится ко 2-му классу опасности (газообразный фтороводород — к первому). Работать с плавиковой кислотой необходимо только в респираторе, в очках, плотно прилегающих к коже, в защитной одежде и резиновых перчатках, в вытяжном шкафу. При ликвидации проливов рекомендуется использовать противогазы с автономным источником воздуха. Пострадавших от отравления следует срочно доставить в больницу, предварительно промыв место попадания реактива большим количеством воды и обработав гелем 2,5-процентного глюконата кальция. В больнице в качестве антидота обычно используют внутриартериальные вливания хлорида кальция.

Хранение и перевозка

Хранят и перевозят плавиковую кислоту в пластиковых (полиэтиленовых, фторопластовых) канистрах, контейнерах и кубах. Для больших емкостей используется металлическая обрешетка. Кислоту высокой концентрации допускается перевозить железнодорожным и автомобильным транспортом в железных и стальных цистернах. Температурный режим — не выше +30 °С.

Применение

Фтористоводородная кислота выпускается различной концентрации, высокой чистоты и техническая с примесями. Основные сферы ее использования: — В нефтехимии и горнодобывающей отрасли — для увеличения нефтедобычи и разрушения кремнийсодержащих пород. — Для выделения некоторых металлов, например, тантала, циркония, ниобия. — В химической индустрии — как катализатор в некоторых процессах; для производства фторопластов, хладагентов, фторосодержащих кислот, боратов и фторидов, органических соединений на основе фтора, синтетических смазочных масел. — В стекольном деле с помощью этого хим. реактива выполняют прозрачное травление кремниевого стекла. — Плавиковая кислота высокой чистоты необходима для очистки и травления кремния для полупроводников. — В аналитической химии — для растворения силикатов. — При производстве алюминия и работе с ним. — Является составной частью жидкостей, использующихся для травления и полировки, для электрохимической обработки сплавов и нержавеющей стали. Применяется также для очистки металлических заготовок от песка.

В нашем магазине по выгодным ценам продается 40% и 70% фтористоводородная кислота, можно купить пластиковые емкости для ее хранения и перевозки.

токсикология

Химический ожог плавиковой кислотой с одной стороны

Плавиковая кислота — сильный контактный яд . Их опасность возрастает из-за того, что они мгновенно впитываются кожей из-за их высокой растворимости в липидах . Это означает, что более глубокие слои тканей и даже кости могут быть сожжены без видимого повреждения кожи. Немедленно введя в загрязненную ткань раствор глюконата кальция , можно в ограниченной степени противодействовать более глубокому проникновению.

Ожог размером с ладонь от 40-процентной плавиковой кислоты обычно заканчивается смертельным исходом из-за всасывающих токсических эффектов. Что особенно сложно, так это то, что предупреждающая боль часто возникает только после задержки в несколько часов. Обезболивающие, даже опиаты и опиоиды, такие как морфин и фентанил , здесь почти неэффективны. В худшем случае конечность или большая ее часть должны быть ампутированы из-за летального воздействия фтористоводородной кислоты .

Помимо едкого действия, фтористоводородная кислота опасна тем, что фторид-ионы блокируют метаболизм кальция и магния и подавляют важные ферменты . Это приводит к остро опасным нарушениям обмена веществ, которые могут привести к смерти в результате полиорганной недостаточности. Плавиковая кислота также повреждает нервную систему.

Использует

Производство фторорганических соединений

Основное применение фтористоводородной кислоты — это химия фторорганических соединений. Многие фторорганические соединения получают с использованием HF в качестве источника фтора, включая тефлон, фторполимеры, фторуглероды и хладагенты, такие как фреон. Многие фармацевтические препараты содержат фтор.

Производство неорганических фторидов

Большинство неорганических фторидных соединений в больших объемах получают из плавиковой кислоты. Прежде всего, это Na 3 AlF 6, криолит, и AlF 3, трифторид алюминия. Расплавленная смесь этих твердых веществ служит высокотемпературным растворителем для производства металлического алюминия. Другие неорганические фториды, полученные из плавиковой кислоты, включают фторид натрия и гексафторид урана.

Травитель, очиститель

Он используется в полупроводниковой промышленности в качестве основного компонента травления Wright Etch и буферного оксидного травления, которые используются для очистки кремниевых пластин. Подобным образом он также используется для травления стекла путем обработки диоксидом кремния с образованием газообразных или водорастворимых фторидов кремния. Его также можно использовать для полировки и заморозки стекла.

SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (г) + 2 H 2 O

SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O

Гель с фтористоводородной кислотой от 5% до 9% также обычно используется для протравливания всех керамических зубных реставраций с целью улучшения адгезии. По тем же причинам разбавленная фтористоводородная кислота входит в состав бытовых пятновыводителей, в составах для мойки автомобилей, в составах для чистки колес, в ингибиторах ржавчины для керамики и ткани, а также в пятновыводителях. Благодаря своей способности растворять оксиды железа, а также примеси на основе кремнезема, плавиковая кислота используется в пуско-наладочных котлах, вырабатывающих пар высокого давления. Плавиковая кислота также полезна для растворения образцов горных пород (обычно порошкообразных) перед анализом. Подобным образом эта кислота используется в кислотной мацерации для извлечения органических окаменелостей из силикатных пород. Ископаемые породы можно погрузить непосредственно в кислоту, или можно нанести пленку нитрата целлюлозы (растворенную в амилацетате ), которая прилипает к органическому компоненту и позволяет породе растворяться вокруг него.

Нефтепереработка

В стандартном процессе нефтепереработки, известном как алкилирование, изобутан алкилируется низкомолекулярными алкенами (в первую очередь смесью пропилена и бутилена ) в присутствии кислотного катализатора, производного от фтористоводородной кислоты. Катализатор протонирует алкены (пропилен, бутилен) с образованием реактивных карбокатионов, которые алкилируют изобутан. Реакцию проводят при умеренных температурах (0 и 30 ° C) в двухфазной реакции.

Концентрация — плавиковая кислота

Степень экстракции тантала и ниобия метилизобутилкетоном из растворов с различной концентрацией плавиковой кислоты.

Коэффициенты распределения тантала и ниобия при экстракции ТБФ или метилизобутилкетоном из растворов их комплексных фтористых соединений сильно зависят от концентрации плавиковой кислоты. Это особенно относится к ниобию. Как видно из рис. 67, ниобий практически не экстрагируется из растворов с концентрацией HF ниже 4 моль / л, в то время как тантал хорошо экстрагируется.

Насыщение плавиковой кислоты фтористым бором приводит к получению растворов, в которых конечное отношение BF3 / H2O не зависит от концентрации исходной плавиковой кислоты.

Зависимость степени извлечения ниобия в растворы фтористоводородной кислоты от иродолжи-тельности выщелачивания концентрата.

Из рис. 2, построенного по данным рис. 1 ( для случая обработки 30 минут), следует, что скорость разложения пи-рохлора в этом интервале времени прямо пропорциональна концентрации плавиковой кислоты в растворе.

Кроме пентафтороксиниобатов, например K2NbOF5 — H2O, и нескольких менее доступных пентафтор-окситанталатов ( их получение связано с большими трудностями, так как они устойчивы лишь в очень узком интервале концентраций плавиковой кислоты), существуют гексафтороксиниобаты и гексафтор-окситанталаты.

Однако при охлаждении реакторов во время ремонтов подаче холодной пульпы гидроокиси алюминия возможно понижение температуры растворов до 80 G; отклонение от норм технологического режима, а именно: снижение концентрации плавиковой кислоты и плотности гидратной пульпы, приводит к получению менее концентрированных растворов ( 18 — 20 % A1F3) и к замедлению процесса кристаллизации.

На сплаве область активного растворения резко сужается по сравнению с титаном критические токи пассивации в 3 — 4 раза меньше, чем на титане ( см. табл.), р практически не зависит от концентрации плавиковой кислоты, а р т так же, как и на титане, смещается в положительном направлении почти на 150 мв. При потенциалах, более положительных чем 0 2 в, скорость коррозии сплава начинает резко возрастать вплоть до потенционалов 0 7 — 1 0 в. Это объясняется перепассивацией сплава, обусловленной присутствием молибдена.

Влияние асфальтенов, содержащихся в нефти, на эффективность обработки кернов глинокислотными растворами.

На эффективность кислотной обработки влияет также время реакции раствора в пористой среде. С увеличением концентрации плавиковой кислоты с 1 ( кривая /) до 3 % ( кривая 2) уменьшается время реакции раствора.

В глинокис-лотных растворах в зависимости от концентрации плавиковой кислоты растворяется 48 — 57 % порошка этих кернов.

Увеличение концентрации плавиковой кислоты приводит к заметному расширению области потенциалов активного растворения и к резкому росту тока при всех исследованных потенциалах. Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют, что при увеличении концентрации плавиковой кислоты от 1 0 до 3 0 н потенциалы начала пассивации ( р нп) и полной пассивации ( р титана смещаются в положительном направлении почти на 150 мв, а критический ток пассивации возрастает почти в 4 5 раза.

Скорость растворения титана в пассивной области практически не зависит от потенциала и резко возрастает при повышении концентрации плавиковой кислоты. Скорость коррозии сплава при f 0 7в линейно возрастает в интервале концентраций плавиковой кислоты 1 0 — 2 5 н, как будто растворение сплава ъ области перепассивации является реакцией первого порядка по плавиковой кислоте.

Алюминий, скандий, титан, цирконий, гафний, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, уран и олово образуют анионные комплексы и удерживаются анионитами. Коэффициенты распределения указанных металлов, за исключением ниобия, повышаются с увеличением концентрации плавиковой кислоты.

Экстракция плавиковой кислоты.

Водный раствор — плавиковая кислота

Водные растворы плавиковой кислоты являются одним из наиболее активных растворителей металлов.

Травильные составы для изоляционных материалов.

Используемый для травления буферный водный раствор плавиковой кислоты ( BHF) содержит 40 % — ный водный раствор фторида аммония и 48 % — ный водный раствор плавиковой кислоты в соотношении по объему 10: L Температура травления составляет 26 1 С.

В технике травления алюминия водный раствор плавиковой кислоты играет роль, подобную спиртовому раствору азотной кислоты при травлении железоуглеродистых сплавов.

Однако при травлении стекла водным раствором плавиковой кислоты продукты реакции переходят в раствор и травленая поверхность оказывается прозрачной.

Раствор фтористого серебра в водном растворе плавиковой кислоты дает субфторид Ag2F62; соединения Мо ( Ш) и V ( III) также могут быть получены электролитическим восстановлением во фтористоводородной кислоте.

Травление кремния ведут в водных растворах плавиковой кислоты, в смеси плавиковой и уксусной кислот ( 1: 1), в 10 % — ном растворе HF в этиловом спирте и др. Электролитом для полирования кремния служит 0 5 — 3 % — ная плавиковая кислота с 30 % глицерина.

Изучение термодинамических характеристик гафния в водных растворах плавиковой кислоты имеет важное теоретическое и практическое значение, так как в этих растворах осуществляется разделение гафния и циркония. Представляло интерес провести термохимическое изучение растворов гафния в плавиковой кислоте, поскольку энтальпия образования растворов является характеристикой, достаточно чувствительной к составу

Кроме того, такие измерения существенно расширяют круг термохимически охарактеризованных соединений гафния.

Для травления диоксида кремния используют смесь водных растворов плавиковой кислоты ( 50 % — ный) и фторида аммония ( 40 % — ный) е В табл 3 20 показана зависимость скорости травления от соотношения плавиковой кислоты и фторида аммония.

Поэтому изучение этого процесса лучше всего проводить в водных растворах плавиковой кислоты, в которых данная пленка хорошо растворима. Именно в этих растворах удобнее всего выявить те закономерности, которые обусловлены полупроводниковой природой электрода. Было установлено, что растворение кремния, так же как и германия, происходит с участием дырок. При этом для кремния л-типа обнаруживается существование предельного тока насыщения дырок, потребляемых при электрохимической реакции. Из рисунка видно, что при потенциалах менее положительных, чем 0 1 в, анодное поведение кремния р — и п-типа идентично. При более положительных потенциалах электродный процесс становится зависимым от типа проводимости.

Можно ожидать, что кремний будет хорошо растворяться в водном растворе плавиковой кислоты при подаче на него положительного напряжения. Представляется вероятным, что продуктом окисления будет двуокись кремния, которая, реагируя с фтористоводородной кислотой, дает газообразный четырехфтористьш кремний. Действительно, в процессе травления на аноде скапливается газ, а кремний теряет в своем весе.

Таблетки из Nb3Sn могут быть получены растворением подложки в водных растворах плавиковой кислоты.

В настоящей работе измерены интегральные теплоты растворения ШСЦ ( &) в водных растворах плавиковой кислоты в широкой области концентраций ШСЦ и HF при 25 С. В литературе такие данные отсутствуют.

Особенности

Хорошо растворим в воде , образует с ней азеотроп , в котором содержится в количестве 38,2%. Этот азеотроп кипит112 °С .

Это самая слабая галогеновая кислота . Такое поведение связано с тем, что у него очень маленький атомный радиус : это приводит к тому, что электроны находятся на орбиталях очень близко друг к другу. Чтобы стать кислотой , она должна ( согласно кислотно-основной теории Льюиса ) принять электронный дублет и превратиться в анион . Здесь в игру вступают силы отталкивания валентности и орбиталей , настолько сильные, что они отдают электроны и преобразуют кислоту, сдвигая равновесие в сторону реагентов .

Более того, связь, возникающая в результате суперпозиции водородных орбиталей с фторными орбиталями , имеющих аналогичные размеры, имеет тенденцию к лучшему перекрытию по сравнению со связью, возникающей между атомными орбиталями хлора , брома и йода соответственно с водородом, и, следовательно, более прочные связи. Фактически длина связи равна 0,917 Å (самая низкая среди галогенводородных кислот), а энергия связи равна 136 ккалмоль (самая высокая среди галогенидных кислот).

Его кислотность значительно возрастает, когда концентрация близка к 100%. Это дается эффектом гомоассоциации в соответствии с реакцией:

Высокая электроотрицательность фтора (это самый электроотрицательный элемент из всех) делает связь чрезвычайно полярной: в сочетании с малым размером атомов она позволяет двум или более молекулам чистой плавиковой кислоты в газовой фазе образовывать агрегаты (с которыми она отличается от а ), в которой молекулы удерживаются вместе водородными связями . Особенно стабильным и хорошо задокументированным является димер , склонный к образованию фтороводородных солей .

Эта агрегация отражается на его температуре кипения, которая чрезвычайно выше, чем у других галогеноводородных кислот ( соляная , бромистоводородная , йодистая ); то же самое явление также объясняет более высокую температуру кипения воды по сравнению с сероводородом , который является газом при комнатной температуре. В твердом и жидком состоянии имеет цепочечное строение и образует углы 134 ° . Водородные связи образуются вдоль осей неподеленных дублетов .