Плавиковая кислота

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.

Получение

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

H2+F2→2HF{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+F_{2}\rightarrow 2HF}}}

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

CaF2+H2SO4→CaSO4+2HF{\displaystyle {\mathsf {CaF_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow CaSO_{4}+2HF}}}

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.

Получение фтористого водорода.

 
Непосредственное соединение
фтора с водородом сопровождается
значительным выделением тепла: 

Н₂
+ F₂ = 2 НF + 543 кДж

   
Реакция протекает обычно со
взрывом, который происходит даже
при сильном охлаждении газов и в
темноте. Практического значения
для получения НF этот прямой
синтез не имеет, но, в принципе, он
может быть использован для
создания реактивной тяги. 

   
Промышленное получение
фтористого водорода основано на
взаимодействии СаF2 с
концентрированной Н2SO4 по реакции: 

СаF₂
+ Н₂SO₄ = СаSO₄ +2 НF­

   
Процесс проводят в стальных печах
при 120-300 °С. Части установки,
служащие для поглощения НF,
делаются из свинца.

    В
качестве реактивного топлива
смесь фтора с водородом способна
давать удельный импульс 410 сек.
Бесцветное пламя, возникающее при
взаимодействии этих газов, может
иметь температуру до 4500 °С. В
лабораторных условиях для
получения чистого фтористого
водорода применяются обычно
небольшие установки
изготовленные целиком из платины
(или меди). Исходным веществом
служит тщательно высушенный
бифторид калия (КF·НF), при
нагревании разлагающийcя c
отщеплением НF. Полученный
продукт часто содержит примесь
механически увлеченного
бифторида. Для очистки его
подвергают перегонке при 35-40 °С.

Свойства

Физические свойства

• Критическая температура фтористого водорода 188 °C, критическое давление 64 атм.
• Теплота испарения жидкого HF 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 оксидами металлов. Однако если реакция начнется, то дальше она некоторое время идет с автокатализом, так как в результате взаимодействия количество воды увеличивается:

MgO+2HF→MgF2+H2O{\displaystyle {\mathsf {MgO+2HF\rightarrow MgF_{2}+H_{2}O}}}

Жидкий HF — сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворённые в нём, за исключением хлорной кислоты HClO4, являются основаниями:

HCl+2HF⇄H2Cl++HF2−{\displaystyle {\mathsf {HCl+2HF\rightleftarrows H_{2}Cl^{+}+HF_{2}^{-}}}}

В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид-ионов, например, BF₃, SbF₅:

BF3+2HF→H2F++BF4−{\displaystyle {\mathsf {BF_{3}+2HF\rightarrow H_{2}F^{+}+^{-}}}}

Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома(III):

3NaF+AlF3→3Na++AlF63−{\displaystyle {\mathsf {3NaF+AlF_{3}\rightarrow 3Na^{+}+^{3-}}}}

(AlF₃ — как кислота)

AlF3+3BF3→Al3++3BF4−{\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}+3BF_{3}\rightarrow Al^{3+}+3^{-}}}}

(AlF₃ — как основание)

Фтороводород в газообразном состоянии и в виде водного раствора реагирует с диоксидом кремния:

При условии, если фтороводород в газообразном состоянии:

4HF+SiO2→SiF4+2H2O{\displaystyle {\mathsf {4HF+SiO_{2}\rightarrow SiF_{4}+2H_{2}O}}}

При условии, если фтороводород в виде водного раствора:

6HF+SiO2→H2SiF6+2H2O{\displaystyle {\mathsf {6HF+SiO_{2}\rightarrow H_{2}+2H_{2}O}}}

Фтороводород неограниченно растворяется в воде, при этом происходит ионизация молекул HF:

2HF+H2O⇄HF2−+H3O+{\displaystyle {\mathsf {2HF+H_{2}O\rightleftarrows HF_{2}^{-}+H_{3}O^{+}}}}

K_d= 7,2·10−4

HF+F−⇄HF2−{\displaystyle {\mathsf {HF+F^{-}\rightleftarrows HF_{2}^{-}}}}

K_d= 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, Ag(I), Sn(II), Ni(II) и Mn(II). Все соли плавиковой кислоты ядовиты.

Лечение отравлений:

Свежий воздух, тепловлажные содовые ингаляции; внутрь кодеин, дионин (по 0,015 г), препараты кальция, димедрол; горчичники, банки на грудь, отхаркивающие, теплое молоко с боржомом или содой. Успокаивающие средства. В более тяжелых случаях внутривенно хлористый кальций (10 мл 10% раствора). Сердечные средства. Полный покой. Немедленная госпитализация.

При ожогах концентрироанной фтороводородной кислотой — погружение обожженных мест в холодную воду на длительное время (до 12 ч при сильных ожогах). При контакте с раствором кислоты, даже если нет ощущения боли — обильное обмывание водой не менее чем в течение 10 мин, затем обработка обожженной поверхности марлей, смоченной в 10% растворе аммиака, и снова смывание водой. Более эффективно погружение на полчаса (или наложение компрессов, которые меняют через 2 мин в течение получаса) в сильно охлажденный раствор MgSO4 или 70% этиловый спирт. Затем наложить магнезиальную мазь (1 ч. MgO, 2 ч. медицинского вазелина или глицерина). Возможно раньше начать лечение: инъекция стерильного 10% раствора глюконата кальция или 20% раствора MgSO4 в струп и под него (при распространенных или глубоких ожогах 10-50 мл), затем снова магнезиальная мазь (сменять ее утром и вечером в течение 5- 6 дней), после этого такое же лечение, как при термических ожогах. Для предупреждения образования келоидов и обезображивающих рубцов рекомендуют синтомициновую эмульсию, мазь на рыбьем жире, пасты и мази с глюкокортикоидами.

При поражении глаз промывать их в течение получаса водой, затем ввести 2-3 капли 0,5% раствора дикаина. Нельзя применять масла или мази на жировой основе.

Индивидуальная защита. Фильтрующий противогаз марки В, при наличии тумана кислоты — с фильтром. Хорошо поглощает фтороводород ионитовое волокно (Маракантова). Резиновые перчатки, фартуки, сапоги. Для работы в цехах электролиза алюминия рекомендуется металлизированная спецодежда (Готлиб; Paterson). Защитные очки из оргстекла. Борьба с выделением фтороводорода в воздух рабочих помещений; герметизация аппаратуры, коммуникаций; использование особо стойких к коррозии материалов.

Свойства

Водный раствор HI называется иодоводородной кислотой (бесцветная жидкость с резким запахом). Иодоводородная кислота является сильной кислотой (pK_а = −11). Соли иодоводородной кислоты называются иодидами. В 100 г воды при нормальном давлении и 20 °C растворяется 132 г HI, а при 100 °C — 177 г. 45%-ная йодоводородная кислота имеет плотность 1,4765 г/см³.

Иодоводород является сильным восстановителем. На воздухе водный раствор HI окрашивается в бурый цвет вследствие постепенного окисления его кислородом воздуха и выделения молекулярного иода:

4HI+O2→2H2O+2I2{\displaystyle {\mathsf {4HI+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+2I_{2}}}}

HI способен концентрированную серную кислоту до сероводорода:

8HI+H2SO4→4I2+H2S+4H2O{\displaystyle {\mathsf {8HI+H_{2}SO_{4}\rightarrow 4I_{2}+H_{2}S+4H_{2}O}}}

Подобно другим галогенводородам, HI присоединяется к кратным связям (реакция электрофильного присоединения):

HI+CH2=CH2→CH3−CH2I{\displaystyle {\mathsf {HI+CH_{2}{\text{=}}CH_{2}\rightarrow CH_{3}-CH_{2}I}}}

Иодиды присоединяют элементарный иод с образованием полииодидов:

RI+I2→R(I3)x{\displaystyle {\mathsf {RI+I_{2}\rightarrow R(I_{3})_{x}}}}

Под действием света щелочные соли разлагаются, выделяя I₂, придающий им жёлтую окраску. Иодиды получают взаимодействием иода со щелочами в присутствии восстановителей, не образующих твердых побочных продуктов: муравьиная кислота, формальдегид, гидразин:

2K2CO3+2I2+HCHO→4KI+3CO2↑+H2O{\displaystyle {\mathsf {2K_{2}CO_{3}+2I_{2}+HCHO\rightarrow 4KI+3CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}}

Можно использовать также сульфиты, но они загрязняют продукт сульфатами. Без добавок восстановителей при получении щелочных солей наряду с иодидом образуется иодат MIO³ (1 часть на 5 частей иодида).

Ионы Cu2+ при взаимодействии c иодидами легко дают малорастворимые соли одновалентной меди CuI:

2NaI+2CuSO4+Na2SO3+H2O→2CuI↓+2Na2SO4+H2SO4{\displaystyle {\mathsf {2NaI+2CuSO_{4}+Na_{2}SO_{3}+H_{2}O\rightarrow 2CuI\downarrow +2Na_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}}}}

Замещает элементы в кислородных кислотах по реакциям

12HNO3+2I2→4HIO3+N2↑+10NO2↑+4H2O{\displaystyle {\mathsf {12HNO_{3}+2I_{2}\rightarrow 4HIO_{3}+N_{2}\uparrow +10NO_{2}\uparrow +4H_{2}O}}}

H2SO4+I2→HIO4+HI+S↓{\displaystyle {\mathsf {H_{2}SO_{4}+I_{2}\rightarrow HIO_{4}+HI+S\downarrow }}}

2H3PO4+8I2→2HIO4+4HI+2PI5{\displaystyle {\mathsf {2H_{3}PO_{4}+8I_{2}\rightarrow 2HIO_{4}+4HI+2PI_{5}}}}

Образующийся пентайодид фосфора гидролизуется водой.

Примечания

1. [www.xumuk.ru/nekrasov/vii-01.html Фтор]. Дата обращения 14 марта 2013.
2. ↑ Раков Э. Г. Фтор // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред.  Н. С. Зефиров. — М.:  Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5: Триптофан—Ятрохимия. — С. 197—199. — 783 с. — 10 000 экз. — ISBN 5-85270-310-9.
3. ↑
4. Главным образом в эмали зубов.
5. Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия».
6. ↑
7. ↑
8. Энциклопедический словарь юного химика. Для среднего и старшего возраста. Москва, Педагогика-Пресс. 1999 год.
9. Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — Т. 2. — С. 147—148, 169 — химический синтез фтора.
10. По данным National Toxicology Program
11. Н. В. Лазарев, И. Д. Гадаскина. «Вредные вещества в промышленности». Том 3, страница 19.

Плавиковая кислота: физические и химические свойства

Фтористоводородная кислота представляет собой жидкое вещество, легкоподвижная, имеет достаточно резкий запах, обладает едким вкусом (напоминает уксусную кислоту концентрированную). Фтороводородная кислота является слабой (сила кислот определяется по константе диссоциации, для данного вещества эта величина равна 6,8*10-4). В связи с тем, что эта кислота интенсивно взаимодействует со стеклом (если точнее, то оксидом кремния), хранение предусмотрено в полиэтиленовых бутылках (таре).

Для фтористоводородной кислоты характерны реакции взаимодействия с металлами, в результате чего образуются соли этих металлов, называемые фторидами.

Условия хранения и меры предосторожности

Хранить плавиковую кислоту можно не только в полиэтиленовой таре, но и в посуде из парафина, хлорвинила, платины и фторопласта. Также возможно хранение в сосудах из органического стекла. Большие объемы кислоты хранятся в стальных герметичных цистернах. Работа с этим веществом проводится обязательно при включенной вытяжной установке, причем тяга должна быть очень и очень хорошей. Также обязательно использование резиновых перчаток. В случае возгорания кислоты тушение возможно с помощью воды. В случае наличия в воздухе паров (фтороводорода газообразного) необходимо обязательно использовать противогаз.

Токсичные свойства

Плавиковая кислота пожаро- и взрывобезопасна; чрезвычайно ядовита. Возможны острые и хронические отравления с изменением крови и кроветворных органов, органов пищеварительной системы, отёк лёгких.

Обладает выраженным эффектом при вдыхании, раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз (вызывает болезненные ожоги и изъязвления); кожно-резорбтивным, эмбриотропным, мутагенным и кумулятивным действием. Ей присвоен первый класс опасности для окружающей среды; чистый фтороводород также принадлежит к первому классу опасности.

При попадании на кожу в первый момент не вызывает сильной боли, легко и незаметно всасывается, но через короткое время вызывает отёк, боль, химический ожог и общетоксическое действие. Симптомы от воздействия слабо концентрированных растворов могут появиться через сутки и даже более после попадания их на кожу.

При попадании в кровь через кожу связывает кальций крови и может вызвать нарушение сердечной деятельности. Ожоги площадью более чем 160 см2 опасны возможными системными токсическими проявлениями.

Токсичность плавиковой кислоты и её растворимых солей, предположительно, объясняется способностью свободных ионов фтора связывать биологически важные ионы кальция и магния в нерастворимые соли (). Поэтому для лечения последствий воздействия плавиковой кислоты часто используют глюконат кальция, как источник ионов Ca2+. Пострадавшие участки при ожогах плавиковой кислотой промываются водой и обрабатываются 2,5 % гелем глюконата кальция. Тем не менее, поскольку кислота проникает сквозь кожу, простого промывания недостаточно и необходимо обращение к врачу для проведения лечения. Высокую эффективность показали внутриартериальные инфузии хлорида кальция.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) плавиковой кислоты:

Вид	ПДК максимально разовая (ПДКм. р.)	ПДК среднесуточная (ПДКс. с.)
ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м³ (в пересчёте на ионы фтора)	0,5	0,1
ПДК в атмосферном воздухе, мг/м³ (в пересчёте на ионы фтора)	0,02	0,005

Свойства

Физические свойства

• Критическая температура фтористого водорода 188 °C, критическое давление 64 атм.
• Теплота испарения жидкого HF 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 оксидами металлов. Однако если реакция начнется, то дальше она некоторое время идет с автокатализом, так как в результате взаимодействия количество воды увеличивается:

MgO+2HF→MgF2+H2O{\displaystyle {\mathsf {MgO+2HF\rightarrow MgF_{2}+H_{2}O}}}

Жидкий HF — сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворённые в нём, за исключением хлорной кислоты HClO4, являются основаниями:

HCl+2HF⇄H2Cl++HF2−{\displaystyle {\mathsf {HCl+2HF\rightleftarrows H_{2}Cl^{+}+HF_{2}^{-}}}}

В жидком фтороводороде кислотные свойства проявляют соединения, которые являются акцепторами фторид-ионов, например, BF₃, SbF₅:

BF3+2HF→H2F++BF4−{\displaystyle {\mathsf {BF_{3}+2HF\rightarrow H_{2}F^{+}+^{-}}}}

Амфотерными соединениями в среде жидкого фтороводорода являются, например, фториды алюминия и хрома(III):

3NaF+AlF3→3Na++AlF63−{\displaystyle {\mathsf {3NaF+AlF_{3}\rightarrow 3Na^{+}+^{3-}}}}

(AlF₃ — как кислота)

AlF3+3BF3→Al3++3BF4−{\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}+3BF_{3}\rightarrow Al^{3+}+3^{-}}}}

(AlF₃ — как основание)

Фтороводород в газообразном состоянии и в виде водного раствора реагирует с диоксидом кремния:

При условии, если фтороводород в газообразном состоянии:

4HF+SiO2→SiF4+2H2O{\displaystyle {\mathsf {4HF+SiO_{2}\rightarrow SiF_{4}+2H_{2}O}}}

При условии, если фтороводород в виде водного раствора:

6HF+SiO2→H2SiF6+2H2O{\displaystyle {\mathsf {6HF+SiO_{2}\rightarrow H_{2}+2H_{2}O}}}

Фтороводород неограниченно растворяется в воде, при этом происходит ионизация молекул HF:

2HF+H2O⇄HF2−+H3O+{\displaystyle {\mathsf {2HF+H_{2}O\rightleftarrows HF_{2}^{-}+H_{3}O^{+}}}}

K_d= 7,2·10−4

HF+F−⇄HF2−{\displaystyle {\mathsf {HF+F^{-}\rightleftarrows HF_{2}^{-}}}}

K_d= 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, Ag(I), Sn(II), Ni(II) и Mn(II). Все соли плавиковой кислоты ядовиты.

Применение

Фтор используется для получения:

• фреонов — широко распространённых хладагентов;
• фторопластов — химически инертных полимеров;
• элегаза SF₆ — газообразного изолятора, применяемого в высоковольтной электротехнике;
• гексафторида урана UF₆, применяемого для разделения изотопов урана в ядерной промышленности;
• гексафтороалюмината натрия — электролита для получения алюминия путём электролиза;
• фторидов металлов (например, W и V), которые обладают некоторыми полезными свойствами.

Ракетная техника

Основная статья: Соединения фтора в ракетной технике

Фтор и некоторые его соединения являются сильными окислителями, поэтому могут применяться в качестве окислителя в ракетных топливах. Очень высокая эффективность фтора вызывала значительный интерес к нему и его соединениям. На заре космической эры в СССР и других странах существовали программы исследования фторсодержащих видов ракетного топлива. Однако продукты горения с фторсодержащими окислителями токсичны. Поэтому топлива на основе фтора не получили распространения в современной ракетной технике.

Применение в медицине

Основная статья: Соединения фтора в медицине

Фторированные углеводороды (например перфтордекалин) применяются в медицине как кровезаменители. Существует множество лекарств, содержащих фтор в структуре (фторотан, фторурацил, флуоксетин, галоперидол и др.). Фториды натрия, калия и др. применяются для профилактики кариеса (см. ниже).

Физические свойства

При нормальных условиях представляет собой бледно-жёлтый газ. В малых концентрациях в воздухе его запах напоминает одновременно озон и хлор. Очень агрессивен и сильно ядовит.

Фтор имеет аномально низкую температуру кипения (85,03 К, −188,12 °C) и плавления (53,53 К, −219,70 °C). Это связано с тем, что фтор не имеет d-подуровня и не способен образовывать , в отличие от остальных галогенов (кратность связи в остальных галогенах примерно 1,1).

Ниже температуры плавления образует кристаллы бледно-жёлтого цвета.

Электронное строение

Электронная конфигурация внешнего электронного уровня атома фтора

Электронная конфигурация атома фтора: 1s22s22p5.

Атомы фтора в соединениях могут проявлять степень окисления, равную −1. Положительные степени окисления в соединениях неизвестны, так как фтор является самым электроотрицательным элементом.

Квантовохимический терм атома фтора — 2P_3/2.

Строение молекулы

Применение метода МО для молекулы F₂

С точки зрения теории молекулярных орбиталей, строение двухатомной молекулы фтора можно охарактеризовать следующей диаграммой. В молекуле присутствует 4 связывающих орбитали и 3 разрыхляющих. Порядок связи в молекуле равен 1.

Кристаллы

Кристаллическая структура α-фтора (стабильная при атмосферном давлении)

Фтор образует молекулярные кристаллы с двумя кристаллическими модификациями, стабильными при атмосферном давлении:

• α-фтор, непрозрачный, твёрдый и хрупкий, существует при температуре ниже 45,6 K, кристаллическая решётка моноклинной сингонии, пространственная группа C 2/c, параметры ячейки a = 0,54780(12) нм, b = 0,32701(7) нм, c = 0,72651(17) нм, β = 102,088(18)°, Z = 4, d = 1,98 г/см3 с объёмом элементарной ячейки 0,12726(5) нм3 (при 10 К);
• β-фтор, прозрачный, менее плотный и твёрдый, существует в интервале температур от 45,6 К до точки плавления 53,53 K, кристаллическая решётка кубической сингонии (примитивная решётка), пространственная группа Pm3n, параметры ячейки a = 0,65314(15) нм, Z = 8, d = 1,81 г/см3 с объёмом элементарной ячейки 0,27862(11) нм3 (при 48 К), решётка изотипична γ-фазе O₂ и δ-фазе N₂. Следует отметить, что в раннем (но единственном проведённом до 2019 года) эксперименте по изучению структуры β-фтора рентгенографическая плотность кристалла была оценена как 1,70(5) г/см3, и эта плотность твёрдого фтора цитируется в большинстве справочников. Более точное современное измерение даёт 1,8104(12) г/см3.

Фазовый переход между этими кристаллическими фазами фтора более экзотермичен, чем затвердевание жидкого фтора. Фаза ромбической сингонии у твёрдого фтора не обнаружена, в отличие от всех прочих галогенов. Молекулы α-фтора разупорядочены по направлению. Длина связи F—F в молекулах составляет 0,1404(12) нм.

Даже при столь низких температурах взаимодействие кристаллов фтора со многими веществами приводит к взрыву.

Изотопный состав

Основная статья: Изотопы фтора

Фтор является моноизотопным элементом: в природе существует только один стабильный изотоп фтора 19F. Известны ещё 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31 и один ядерный изомер — 18mF. Самым долгоживущим из радиоактивных изотопов фтора является 18F с периодом полураспада 109,771 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.

Ядерные свойства изотопов фтора

Изотоп	Относительная масса, а. е. м.	Период полураспада	Тип распада	Ядерный спин	Ядерный магнитный момент
17F	17,0020952	64,5 c	β+-распад в <sup>17</sup>O	5/2	4,722
18F	18,000938	1,83 часа	β+-распад в 18O	1
19F	18,99840322	Стабилен	—	1/2	2,629
20F	19,9999813	11 c	β−-распад в 20Ne	2	2,094
21F	20,999949	4,2 c	β−-распад в 21Ne	5/2
22F	22,00300	4,23 c	β−-распад в 22Ne	4
23F	23,00357	2,2 c	β−-распад в 23Ne	5/2

Магнитные свойства ядер

Ядра изотопа 19F имеют полуцелый спин, поэтому возможно применение этих ядер для ЯМР-исследований молекул. Спектры ЯМР-19F являются достаточно характеристичными для фторорганических соединений.

Токсические свойства

Плавиковая кислота ядовита. Возможны острые и хронические отравления с изменением крови и кроветворных органов, органов пищеварительной системы, отёк лёгких.

Обладает выраженным эффектом при вдыхании, раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз (вызывает болезненные ожоги и изъязвления); кожно-резорбтивным, эмбриотропным, мутагенным и кумулятивным действием. Ей присвоен второй класс опасности для окружающей среды; чистый фтороводород также принадлежит ко второму классу опасности.

При попадании на кожу в первый момент не вызывает сильной боли, легко и незаметно всасывается, но через короткое время вызывает отёк, боль, химический ожог и общетоксическое действие. Симптомы от воздействия слабо концентрированных растворов могут появиться через сутки и даже более после попадания их на кожу.

При попадании в кровь через кожу связывает кальций крови и может вызвать нарушение сердечной деятельности. Ожоги площадью более чем 160 см2 опасны возможными системными токсическими проявлениями.

Токсичность плавиковой кислоты и её растворимых солей предположительно объясняется способностью свободных ионов фтора связывать биологически важные ионы кальция и магния в нерастворимые соли (). Поэтому для лечения последствий воздействия плавиковой кислоты часто используют глюконат кальция, как источник ионов Ca2+. Пострадавшие участки при ожогах плавиковой кислотой промываются водой и обрабатываются 2,5 % гелем глюконата кальция. Тем не менее, поскольку кислота проникает сквозь кожу, простого промывания недостаточно и необходимо обращение к врачу для проведения лечения. Высокую эффективность показали внутриартериальные инфузии хлорида кальция.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) плавиковой кислоты:

Вид	ПДК максимально разовая (ПДКм. р.)	ПДК среднесуточная (ПДКс. с.)
ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м³ (в пересчёте на фтор)	0,5	0,1
ПДК в атмосферном воздухе, мг/м³ (в пересчёте на фтор)	0,02	0,005

Фторид — водород

Фторид водорода при этом выступает в роли акцептора фторид-иона.
 

Фторид водорода применяют в качестве растворителя для кислотно-основного титрования, в особенности для титрования фторидов различных элементов. Фториды щелочных и щелочноземельных металлов, являясь донорами фторид-ионов, ведут себя в HF как основания. Следовательно, они могут быть оттитрованы стандартными неводными растворами кислот.
 

Фторид водорода является здесь кислотой, а фториды — основаниями, напоминая в этом отношении гидроксиды металлов в водных растворах.
 

Фторид водорода хорошо растворим в воде, его водные растворы называют плавиковой кислотой.
 

Две молекулы воды, у которых векторы электрических дипольных моментов ориентированы в противоположных направлениях.| Ориентация полярных молекул в электростатическом поле, обусловливающая высокую диэлектрическую проницаемость. л — неориентированные молекулы воды. б — частично ориентированные молекулы воды.

Фторид водорода имеет дипольный момент 0 413 еА и межъядерное расстояние 0 92 А.
 

Состав фтористых газов при производстве фосфорных удобрений.

Фторид водорода и тетрафторид кремния хорошо растворимы в воде.
 

Фторид водорода неограниченно растворяется в воде.
 

Фторид водорода обладает рядом достоинств: не разлагает и не осмоляет углеводороды, а также не производит окислительного действия; катализатор отделяется легко, поэтому получаются продукты с высоким выходом; низкая вязкость обеспечивает хорошее перемешивание и быстрое расслаивание; хорошо регенерируется; использование ее не сопровождается образованием промывных вод, загрязняющих водоем.
 

Фторид водорода содержит 95 % F. Какова истинная ф ормула фторида водорода.
 

Фторид водорода неограниченно растворяется в воде.
 

Фторид водорода HF бесцветен, кипит ( при 0 101 МПа) при 19 9 С, плавится при — 83 1 С.
 

Молекула фторида водорода ( фтористого водорода) HF сильно полярна ( jj, l 91 D, бн 0 4, бр-0 4) и имеет большую склонность к ассоциации за счет водородных связей в зигзагообразные цепи ( см. стр. Она издает резкий запах и сильно дымит на воздухе. Даже в состоянии газа фторид водорода состоит из смеси полимеров H2F2, H3F3, H4F4, H6F6, HeFe. Простые молекулы HF существуют лишь при температурах выше 90 С. Вследствие высокой прочности связи ( энергия диссоциации 565 кдж / моль) термический распад HF на атомы становится заметным выше 3500 С.
 

Выход фторида водорода контролируется либо гравиметрически по привесу присоединяемого к микродозатору селективного сорбента, либо химическим методом.
 

Фтороводород

Фтороводород выше 19 5 С представляет собой бесцветный газ с резким раздражающим дыхательные пути действием, а ниже указанной температуры кипения — легкоподвижную бесцветную жидкость. HF характеризуется высоким значением электрического момента диполя ( 0 64 — Ю 29 Кл — м), превосходящим электрический момент диполя воды, сернистого газа и аммиака. Жидкий фторид водорода имеет большое значение диэлектрической постоянной, равное 83 6 при 0 С.
 

Фтороводород раздражает верхние дыхательные пути.
 

Фтороводород, присоединяясь к алкену, вызывает одновременно его полимеризацию.
 

Фтороводород, используемый для электрохимического фторирования органических соединений , является перспективным растворителем для электрохимических исследований. Он имеет высокую диэлектрическую постоянную ( 80 при 0 С), менее вязок, чем вода, прозрачен при ультрафиолетовом облучении в диапазоне до 165 нм и трудно окисляется. Это сильно протонирующий растворитель, который в отличие от серной кислоты не является окислителем. Он растворяет фториды многих металлов, образуя высокопроводящие растворы, кроме того в нем растворимы и многие органические соедш.
 

Фтороводород — бесцветный легко сжижаемый ( при 19 5) газ с резким запахом. Он поражает дыхательные пути, во влажном воздухе дымит. Водный раствор его называют фтороводородной или ( в технике) плавиковой кислотой. Эта слабая кислота диссоциирует с образованием анионов F -, HF. Пары ее очень ядовиты, вызывают ожоги кожи.
 

Средняя молекулярная масса и давление насыщенного пара фтороводорода.

Фтороводород хорошо растворим в воде, его водные растворы HF ( aq) называют фтороводородной ( плавиковой) кислотой.
 

Фтороводород ядовит, поэтому опыт проводить под тягой.
 

Фтороводород, выделившийся при пирогидролизе Mg. Фторид-ион определяют спектрофотометри-чески по ослаблению окраски комплекса тория ( IV) сарсеназо.
 

Фтороводород значительно лучше растворяет изобутан, чем серная кислота, поэтому соотношение изобутан: алкен в зоне реакции ( в пленке кислоты, в которой идет реакция) значительно выше. Вследствие этого алкилирование протекает практически без побочных реакций и выход основных продуктов выше, чем при катализе серной кислотой. Заданную концентрацию фтороводорода поддерживают за счет отбора части катализатора на регенерацию. Фтороводород легко отделяется от воды перегонкой. Расход HF составляет примерно 0 7 кг на 1 т алкилата.
 

Фтороводород разрушает стекло ( образуются S1F4 и H2 ); при работе с HF используют аппаратуру из полимерных материалов, меди или свинца.
 

Фтороводород вместе с парами воды отводят в медный сосуд, охлаждаемый до — 10 С, где и конденсируется 70 — 75 % HF, содержащей значительное число примесей. Для получения чистой фто-роводородной кислоты технический продукт подвергают дистилляции во фторопластовой аппаратуре.
 

Фтороводород — это газ, который в — воде растворяется неограниченно.
 

Фтороводород в жидком и газообразном состояниях значительно ассоциирован вследствие образования сильных водородных связей ( см. разд.
 

Строение фторидов элементов третьего периода.

Применение

Плавиковая кислота используется в:

• Переработка нефти: во время процесса нефтепереработки, известного как алкилирование, изобутан катализируется соединениями кислоты с получением высокооктанового бензина;
• Производство фторорганических соединений: химическая промышленность создает фторированные органические соединения, которые используются в производстве тефлона, фторполимеров, фторуглеродов и хладагентов, таких как фреон;
• Получение фторидов: подавляющее большинство фторированных неорганических соединений, таких как криолит, трифторид алюминия, фторид натрия и гексафторид урана, получаются из плавиковой кислоты. Фториды используются в производстве электронных полупроводников, аэрозольных ракетных топливных и холодильных систем;
• Производство металлов: металлургическая промышленность использует ее в качестве агента для удаления оксидов и примесей из нержавеющей стали и углерода;
• Благодаря своей способности растворять силикаты, плавиковая кислота используется для разрушения горных пород при извлечении органических ископаемых;
• В атомной промышленности используется при изготовлении и переработке топливных элементов;
• Для изготовления экранов компьютеров, пестицидов, люминесцентных ламп;
• Для гравировки, полировки и шлифования стекла; 
• Для получения полимеров при производстве пластмасс.