Fluorwasserstoffsäure - Hydrofluoric acid

Fluorwasserstoffsäure
Fluorwasserstoff.JPG
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Wasser-3D-vdW.png
Fluoridion2.svg
Oxonium-ion-3D-vdW.png
Namen
IUPAC-Name
Fluoran
Andere Namen
Fluorwasserstoffsäure
Hydroniumfluorid
Identifikatoren
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
EG-Nummer
RTECS-Nummer
UNII
  • InChI=1S/FH/h1H prüfenJa
    Schlüssel: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N prüfenJa
  • InChI=1/FH/h1H
    Schlüssel: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYAC
  • F
  • [F-].[OH3+]
Eigenschaften
HF (wässrig)
Das Auftreten Farblose Flüssigkeit
Dichte 1,15 g/ml (für 48 % Lös.)
Säure (p K a ) 3.17
Gefahren
GHS-Piktogramme ÄtzendAkute Toxizität
GHS-Signalwort Achtung
H280 , H300 , H310 , H314 , H318 , H330
P260 , P262 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301+310 , P301+330+331 , P302+350 , P303+361+353 , P304+340 , P305+351+338 , P310 , P320 , P321 , P322 , P330 , P361 , P363 , P403+233 , P405 , P410+403 , P501
NFPA 704 (Feuerdiamant)
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox-Referenzen

Flusssäure ist eine Lösung von Fluorwasserstoff (HF) in Wasser . HF-Lösungen sind farblos, sauer und stark korrosiv . Es wird verwendet, um die meisten fluorhaltigen Verbindungen herzustellen; Beispiele sind das häufig verwendete pharmazeutische Antidepressivum Fluoxetin (Prozac) und der Werkstoff PTFE (Teflon). Daraus wird elementares Fluor hergestellt. Es wird häufig zum Ätzen von Glas- und Siliziumwafern verwendet.

Wenn Flusssäure mit der menschlichen Haut in Kontakt kommt, verursacht sie tiefe Verbrennungen.

Verwendet

Herstellung von fluororganischen Verbindungen

Flusssäure wird hauptsächlich in der fluororganischen Chemie verwendet . Viele Organofluorverbindungen werden unter Verwendung von HF als Fluorquelle hergestellt, einschließlich Teflon , Fluorpolymere , Fluorkohlenwasserstoffe und Kühlmittel wie Freon . Viele Arzneimittel enthalten Fluor.

Herstellung anorganischer Fluoride

Die meisten anorganischen Fluoridverbindungen in großen Mengen werden aus Flusssäure hergestellt. An erster Stelle stehen Na 3 AlF 6 , Kryolith , und AlF 3 , Aluminiumtrifluorid . Ein geschmolzenes Gemisch dieser Feststoffe dient als Hochtemperaturlösungsmittel für die Herstellung von metallischem Aluminium . Andere aus Fluorwasserstoffsäure hergestellte anorganische Fluoride umfassen Natriumfluorid und Uranhexafluorid .

Ätzmittel, Reiniger

Nassätztanks

Es wird in der Halbleiterindustrie als Hauptbestandteil von Wright Etch und Buffered Oxide Etch verwendet , die zum Reinigen von Siliziumwafern verwendet werden . In ähnlicher Weise wird es auch zum Ätzen von Glas durch Behandlung mit Siliziumdioxid verwendet , um gasförmige oder wasserlösliche Siliziumfluoride zu bilden. Es kann auch zum Polieren und Mattieren von Glas verwendet werden.

SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O

Ein 5 bis 9 %iges Flusssäuregel wird auch häufig verwendet, um alle keramischen Zahnrestaurationen zu ätzen, um die Haftung zu verbessern. Aus ähnlichen Gründen ist verdünnte Flusssäure Bestandteil von Haushaltsrostentfernern, in Waschanlagen in "Radreiniger"-Compounds, in Keramik- und Textilrostschutzmitteln sowie in Wasserfleckenentfernern. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Eisenoxide sowie Verunreinigungen auf Kieselsäurebasis zu lösen, wird Flusssäure in Vorinbetriebnahmekesseln verwendet, die Hochdruckdampf erzeugen. Flusssäure eignet sich auch zum Auflösen von Gesteinsproben (normalerweise in Pulverform) vor der Analyse. In ähnlicher Weise wird diese Säure bei Säuremazerationen verwendet , um organische Fossilien aus Silikatgesteinen zu extrahieren. Fossiles Gestein kann direkt in die Säure getaucht oder ein Cellulosenitratfilm (gelöst in Amylacetat ) aufgebracht werden , der an der organischen Komponente haftet und das Gestein um diese herum auflösen lässt.

Öl-Raffination

In einem Standard - Ölraffinerie Prozess bekannt als Alkylierungs- , Isobutan alkyliert mit niedermolekularen Alkenen (hauptsächlich eine Mischung aus Propylen und Butylen ) , in Gegenwart eines sauren Katalysators aus Flußsäure abgeleitet. Der Katalysator protoniert die Alkene (Propylen, Butylen), um reaktive Carbokationen zu erzeugen , die Isobutan alkylieren. Die Reaktion erfolgt bei milden Temperaturen (0 und 30 °C) in einer Zweiphasenreaktion.

Produktion

Flusssäure wurde erstmals 1771 von Carl Wilhelm Scheele hergestellt . Es wird heute hauptsächlich durch Behandlung des Minerals Fluorit , CaF 2 , mit konzentrierter Schwefelsäure bei ca. 265 °C hergestellt.

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4

Die Säure ist auch ein Nebenprodukt der Phosphorsäureproduktion aus Apatit und Fluorapatit . Der Aufschluss des Minerals mit Schwefelsäure bei erhöhten Temperaturen setzt ein Gemisch von Gasen frei, einschließlich Fluorwasserstoff, das zurückgewonnen werden kann.

Aufgrund ihrer hohen Reaktivität gegenüber Glas wird Flusssäure in Behältern aus fluoriertem Kunststoff (oft PTFE ) gelagert .

Flusssäure kommt in der Natur vor; es wird bei Vulkanausbrüchen freigesetzt.

Eigenschaften

In verdünnter wässriger Lösung verhält sich Fluorwasserstoff wie eine schwache Säure. Infrarotspektroskopie wurde verwendet, um zu zeigen, dass in Lösung die Dissoziation von der Bildung des Ionenpaars H . begleitet wird
3
Ö+
·F .

h
2
O
+ 2 HF ⇌ H + + F + H
3
Ö+
⋅F - p K a = 3,17 

Dieses Ionenpaar wurde im kristallinen Zustand bei sehr niedriger Temperatur charakterisiert. Weitere Assoziationen wurden sowohl in Lösung als auch im festen Zustand charakterisiert.

HF + F HF
2
 log K = 0,6

Es wird angenommen, dass mit zunehmender Konzentration eine Polymerisation erfolgt. Diese Annahme wird durch die Isolierung eines Salzes eines tetrameren Anions H
3
F
4
und durch Niedertemperatur-Röntgenkristallographie. Die Spezies, die in konzentrierten wässrigen Lösungen von Fluorwasserstoff vorhanden sind, wurden nicht alle charakterisiert; zusätzlich zu HF
2
bekannt ist die Bildung anderer polymerer Spezies, H
n -1
F
n
, ist sehr wahrscheinlich.

Die Hammett-Säurefunktion , H 0 , für 100 % HF wird auf -10,2 und -11 geschätzt. was mit dem Wert -12 für Schwefelsäure vergleichbar ist .

Säure

Im Gegensatz zu anderen Halogenwasserstoffsäuren wie Salzsäure ist Fluorwasserstoff in verdünnter wässriger Lösung nur eine schwache Säure . Dies liegt zum Teil an der Stärke der Wasserstoff-Fluor-Bindung, aber auch an anderen Faktoren wie der Tendenz von HF, H
2
O
und F
Anionen zu Clustern. Bei hohen Konzentrationen gehen HF-Moleküle eine Homoassoziation ein , um mehratomige Ionen zu bilden (wie Bifluorid , HF
2
) und Protonen , wodurch der Säuregehalt stark erhöht wird. Dies führt bei Verwendung von konzentrierten Flusssäurelösungen zur Protonierung sehr starker Säuren wie Salz-, Schwefel- oder Salpetersäure. Flusssäure gilt zwar als schwache Säure, ist jedoch sehr korrosiv und greift in hydratisierter Form sogar Glas an.

Die Acidität von Fluorwasserstoffsäurelösungen variiert mit der Konzentration aufgrund von Wasserstoffbrücken- Wechselwirkungen des Fluoridions. Verdünnte Lösungen sind schwach sauer mit einer Säureionisationskonstanten K a =6.6 × 10 −4 (oder p K a  = 3.18 ), im Gegensatz zu entsprechenden Lösungen der anderen Halogenwasserstoffe, die starke Säuren sind ( p K a < 0 ). Konzentrierte Fluorwasserstofflösungen sind viel stärker sauer, als dieser Wert vermuten lässt, wie Messungen der Hammett-Säurefunktion H 0 (oder "effektiver pH") zeigen. Der H 0 für 100 % HF wird auf -10,2 bis -11 geschätzt, vergleichbar mit dem Wert von -12 für Schwefelsäure .

Aus thermodynamischer Sicht sind HF-Lösungen höchst nicht ideal , wobei die Aktivität von HF viel schneller ansteigt als seine Konzentration. Die schwache Säure in verdünnter Lösung wird manchmal auf die hohe HF zugeschrieben Bindungsstärke , die kombiniert mit der hohen Auflösung Enthalpie von HF je negativer aufzuwiegen Enthalpie der Hydratation des Fluoridion. Paul Giguère und Sylvia Turrell haben durch Infrarotspektroskopie gezeigt, dass die vorherrschende gelöste Spezies in verdünnter Lösung das wasserstoffgebundene Ionenpaar H . ist
3
Ö+
·F .

h
2
O
+ HF ⇌ H
3
Ö+
F

Mit steigender HF-Konzentration steigt auch die Konzentration des Hydrogendifluorid-Ions . Die Reaktion

3 HF ⇌ HF
2
+ H 2 F +

ist ein Beispiel für Homokonjugation .

Gesundheit und Sicherheit

Eine Fluorwasserstoffsäureverbrennung der Hand

Zusätzlich ist ein hoch zu ätzenden Flüssigkeit, Flußsäure ist auch ein leistungsfähiges Kontaktgift . Aufgrund der Fähigkeit von Flusssäure, Gewebe zu durchdringen, kann es leicht zu Vergiftungen durch Kontakt mit Haut oder Augen oder durch Einatmen oder Verschlucken kommen. Die Symptome einer Fluorwasserstoffsäure-Exposition sind möglicherweise nicht sofort erkennbar, und dies kann den Opfern eine falsche Beruhigung geben und sie dazu veranlassen, die medizinische Behandlung zu verzögern. Trotz des reizenden Geruchs kann HF gefährliche Werte ohne offensichtlichen Geruch erreichen. HF stört die Nervenfunktion, sodass Verbrennungen zunächst nicht schmerzhaft sein können. Unbeabsichtigte Expositionen können unbemerkt bleiben, die Behandlung verzögern und das Ausmaß und die Schwere der Verletzung erhöhen. Zu den Symptomen einer HF-Exposition gehören Reizungen von Augen, Haut, Nase und Rachen, Augen- und Hautverbrennungen, Rhinitis , Bronchitis , Lungenödem (Flüssigkeitsansammlung in der Lunge) und Knochenschäden.

Popkultur

In der Folge "Kettenreaktion" der Serie 4 des britischen Medizindramas Casualty führt eine Kollision im Straßenverkehr zu einem Verschütten von Flusssäure, die die Ressourcen der Abteilung testet und zum Tod eines Polizisten und zu schweren Verbrennungen anderer Autofahrer führt. Diese Episode zeigt realistisch die Reaktion der Feuerwehr auf einen Chemieunfall.

In Staffel 2, Episode 15 von Station 19 , ist der Feuerwehrchef während eines Brandvorfalls in einer Kaffeebohne in der vorherigen Episode Flusssäure ausgesetzt. Nach einer verzögerten Reaktion auf die Symptome führt dies schließlich zu seinem Tod.

Im Film Saw VI wird Flusssäure verwendet, um William Easton zu töten. Zwei Filme später wird Carly in Jigsaw von Flusssäure getötet, die ihr in den Blutkreislauf injiziert wird.

In einer Episode von Titans mit dem Titel "Jason Todd" behauptet ein junger Dick Grayson , dass der Mörder seiner Eltern Flusssäure verwendet habe, um ihre Trapezseile zu verbrennen.

Auflösende Körper

Die Verwendung von HF zum Auflösen menschlicher Körper ist üblich, aber unrealistisch. Wenn möglich (bei ausreichender Hitze und Zeit), werden große organische Massen besser mit Piranha-Lösung aufgelöst .

  • In einer Episode von Breaking Bad mit dem Titel " Cat's in the Bag... " verwendet Jesse Pinkman Flusssäure, um den Körper von Emilio Koyama aufzulösen. In einer anderen Episode, „ Box Cutter “, verwenden Walter White und Jesse Pinkman Flusssäure, um den Körper von Victor aufzulösen.
  • In einem Trio von Segmenten des Videospiels Zero Time Dilemma mit dem Titel "First Come, First Saved" hat jedes der drei Teilnehmerteams die Möglichkeit, einen Knopf zu drücken, der eine Flusssäuredusche aktiviert, die über die anderen beiden Teams ergießt. Der Korrosionsprozess der Säure wird als schnell genug beschrieben und dargestellt, um alles von Metall und Glas bis zum gesamten Körper eines großen erwachsenen Mannes in Sekundenschnelle zu schmelzen, wobei nur kleine Mengen an Gewebe zurückbleiben.
  • In Staffel 4, Episode 20 von ER wird ein Charakter einer großen Menge Flusssäure ausgesetzt. Es verbrennt seine Haut und tötet ihn schließlich.

Siehe auch

Verweise

Externe Links