Fluorwasserstoff - Hydrogen fluoride
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Namen | |||
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Andere Namen
Fluoran
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Identifikatoren | |||
3D-Modell ( JSmol )
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ChEBI | |||
ChemSpider | |||
ECHA-InfoCard | 100.028.759 | ||
KEGG | |||
PubChem- CID
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RTECS-Nummer | |||
UNII | |||
UN-Nummer | 1052 | ||
CompTox-Dashboard ( EPA )
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Eigenschaften | |||
HF | |||
Molmasse | 20,006 g·mol -1 | ||
Das Auftreten | farbloses Gas oder farblose Flüssigkeit (unter 19,5 °C) | ||
Dichte | 1,15 g/l, gasförmig (25 °C) 0,99 g/ml, flüssig (19,5°C) 1,663 g/ml, fest (–125 °C) |
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Schmelzpunkt | −83,6 °C (−118,5 °F; 189,6 K) | ||
Siedepunkt | 19,5 °C (67,1 °F; 292,6 K) | ||
vollständig mischbar (flüssig) | |||
Dampfdruck | 783 mmHg (20 °C) | ||
Säure (p K a ) | 3.17 (im Wasser),
15 (im DMSO) |
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Korrespondierende Säure | Fluoronium | ||
Base konjugieren | Fluorid | ||
Brechungsindex ( n D )
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1.00001 | ||
Struktur | |||
Linear | |||
1,86 D | |||
Thermochemie | |||
Std molare
Entropie ( S |
8,687 J/gK (Gas) | ||
Std
Bildungsenthalpie (Δ f H ⦵ 298 ) |
−13,66 kJ/g (Gas) −14,99 kJ/g (Flüssigkeit) |
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Gefahren | |||
GHS-Piktogramme | |||
GHS-Signalwort | Achtung | ||
H300 , H310 , H314 , 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 , P501 | |||
NFPA 704 (Feuerdiamant) | |||
Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |||
LC 50 ( mediane Konzentration )
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1276 ppm (Ratte, 1 h) 1774 ppm (Affe, 1 h) 4327 ppm (Meerschweinchen, 15 min) |
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LC Lo ( niedrigste veröffentlichte )
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313 ppm (Kaninchen, 7 Std.) | ||
NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheitsbelastung): | |||
PEL (zulässig)
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TWA 3 ppm | ||
REL (empfohlen)
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TWA 3 ppm (2,5 mg/m 3 ) C 6 ppm (5 mg/m 3 ) [15 Minuten] | ||
IDLH (unmittelbare Gefahr)
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30 ppm | ||
Verwandte Verbindungen | |||
Andere Anionen
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Chlorwasserstoff Bromwasserstoff Jodwasserstoff Astatidwasserstoff |
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Andere Kationen
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Natriumfluorid Kaliumfluorid Rubidiumfluorid Cäsiumfluorid |
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Verwandte Verbindungen
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Wasser Ammoniak |
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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überprüfen ( was ist ?) | |||
Infobox-Referenzen | |||
Fluorwasserstoff ist eine chemische Verbindung mit der chemischen Formel HF. Dieses farblose Gas oder diese farblose Flüssigkeit ist die wichtigste industrielle Fluorquelle , oft als wässrige Lösung namens Flusssäure . Es ist ein wichtiges Ausgangsmaterial bei der Herstellung vieler wichtiger Verbindungen, einschließlich Pharmazeutika und Polymere, zB Polytetrafluorethylen (PTFE). HF wird in der petrochemischen Industrie häufig als Bestandteil von Supersäuren verwendet . Fluorwasserstoff siedet nahe der Raumtemperatur, viel höher als andere Halogenwasserstoffe .
Fluorwasserstoff ist ein hochgefährliches Gas, das bei Kontakt mit Feuchtigkeit ätzende und eindringende Flusssäure bildet. Das Gas kann auch durch schnelle Zerstörung der Hornhaut zur Erblindung führen .
Geschichte
1771 stellte Carl Wilhelm Scheele die wässrige Lösung, Flusssäure in großen Mengen her, obwohl Flusssäure bis dahin in der Glasindustrie bekannt war. Dem französischen Chemiker Edmond Frémy (1814–1894) wird die Entdeckung von wasserfreiem Fluorwasserstoff (HF) zugeschrieben, als er versuchte, Fluor zu isolieren .
Struktur und Reaktionen
Obwohl HF ein zweiatomiges Molekül ist, bildet es relativ starke intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen . Festes HF besteht aus Zick-Zack-Ketten von HF-Molekülen. Die HF-Moleküle mit einer kurzen HF-Bindung von 95 pm sind über intermolekulare HF-Abstände von 155 pm mit benachbarten Molekülen verknüpft. Flüssiges HF besteht ebenfalls aus Ketten von HF-Molekülen, jedoch sind die Ketten kürzer und bestehen im Durchschnitt nur aus fünf oder sechs Molekülen.
Vergleich mit anderen Halogenwasserstoffen
Fluorwasserstoff siedet erst bei 20 °C im Gegensatz zu den schwereren Halogenwasserstoffen, die zwischen –85 °C (–120 °F) und –35 °C (–30 °F) sieden. Diese Wasserstoffbrückenbindung zwischen HF-Molekülen führt zu einer hohen Viskosität in der flüssigen Phase und zu einem niedrigeren Druck als erwartet in der Gasphase.
Wässrige Lösungen
HF ist mit Wasser mischbar (löst sich in jedem Verhältnis auf). Im Gegensatz dazu zeigen die anderen Halogenwasserstoffe begrenzte Löslichkeiten in Wasser. Fluorwasserstoff bildet ein Monohydrat HF . H 2 O mit Schmp.−40 °C (−40 °F), also 44 °C (79 °F) über dem Schmelzpunkt von reinem HF.
HF- und H 2 O-Ähnlichkeiten | |
Siedepunkte der Halogenwasserstoffe (blau) und Hydrogenchalkogenide (rot): HF- und H 2 O-Bruchtrends. | Gefrierpunkt von HF/H 2 O-Gemischen: Pfeile zeigen Verbindungen im festen Zustand an. |
Wässrige Lösungen von HF werden Flusssäure genannt . In verdünnter Form verhält sich Flusssäure im Gegensatz zu anderen Halogenwasserstoffsäuren wie eine schwache Säure, da wasserstoffgebundene Ionenpaare gebildet werden [ H
3Ö+
·F − ]. Konzentrierte Lösungen sind jedoch starke Säuren, da anstelle von Ionenpaaren Bifluorid- Anionen vorherrschen. In flüssigem wasserfreiem HF tritt Selbstionisierung auf:
- 3 HF H 2 F + + HF−
2
die eine extrem saure Flüssigkeit bildet ( H 0 = −15,1 ).
Reaktionen mit Lewis-Säuren
Wie Wasser kann HF als schwache Base wirken und mit Lewis-Säuren zu Supersäuren reagieren . Mit Antimonpentafluorid (SbF 5 ) wird eine Hammett-Aciditätsfunktion ( H 0 ) von −21 erhalten , wodurch Fluorantimonsäure entsteht .
Produktion
Fluorwasserstoff entsteht durch die Einwirkung von Schwefelsäure auf reine Sorten des Minerals Fluorit :
- CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4 Die Reaktion ist endotherm.
Etwa 20 % des hergestellten HF ist ein Nebenprodukt der Düngemittelproduktion, bei der Hexafluorkieselsäure entsteht . Diese Säure kann thermisch und durch Hydrolyse zu HF abgebaut werden:
- H 2 SiF 6 → 2 HF + SiF 4
- SiF 4 + 2 H 2 O → 4 HF + SiO 2
Benutzen
Im Allgemeinen ist die wasserfreie Verbindung Fluorwasserstoff industriell verbreiteter als ihre wässrige Lösung, Fluorwasserstoffsäure . Seine Hauptverwendungszwecke sind auf Tonnagebasis als Vorläufer von fluororganischen Verbindungen und als Vorläufer von Kryolith für die Elektrolyse von Aluminium.
Vorläufer von fluororganischen Verbindungen
HF reagiert mit Chlorkohlenwasserstoffen zu Fluorkohlenwasserstoffen. Eine wichtige Anwendung dieser Reaktion ist die Herstellung von Tetrafluorethylen (TFE), einem Vorläufer von Teflon . Chloroform wird durch HF fluoriert, um Chlordifluormethan (R-22) herzustellen :
- CHCl 3 + 2 HF → CHClF 2 + 2 HCl
Pyrolyse von Chlordifluormethan (bei 550–750 °C) ergibt TFE.
HF ist ein reaktives Lösungsmittel bei der elektrochemischen Fluorierung organischer Verbindungen. Bei diesem Ansatz wird HF in Gegenwart eines Kohlenwasserstoffs oxidiert und das Fluor ersetzt C-H-Bindungen durch C-F-Bindungen . Auf diese Weise werden perfluorierte Carbonsäuren und Sulfonsäuren hergestellt.
1,1-Difluorethan wird durch Zugabe von HF zu Acetylen unter Verwendung von Quecksilber als Katalysator hergestellt.
- HC≡CH + 2 HF → CH 3 CHF 2
Das Zwischenprodukt in diesem Verfahren ist Vinylfluorid oder Fluorethylen, die monomere Vorstufe von Polyvinylfluorid .
Vorläufer von Metallfluoriden und Fluor
Die elektrolytische Gewinnung von Aluminium beruht auf der Elektrolyse von Aluminiumfluorid in geschmolzenem Kryolith. Pro produzierter Tonne Al werden mehrere Kilogramm HF verbraucht. Andere Metallfluoride werden unter Verwendung von HF hergestellt, einschließlich Uranhexafluorid .
HF ist der Vorläufer von elementarem Fluor , F 2 , durch Elektrolyse einer Lösung von HF und Kaliumbifluorid . Das Kaliumbifluorid wird benötigt, weil wasserfreies HF keinen Strom leitet. Jährlich werden mehrere Tausend Tonnen F 2 produziert.
Katalysator
HF dient als Katalysator bei Alkylierungsprozessen in Raffinerien. Es wird in den meisten der weltweit installierten Produktionsanlagen für lineares Alkylbenzol verwendet. Das Verfahren beinhaltet die Dehydrierung von n- Paraffinen zu Olefinen und die anschließende Reaktion mit Benzol unter Verwendung von HF als Katalysator. So entsteht beispielsweise in Ölraffinerien „Alkylat“, ein Bestandteil von hochoktanigem Benzin ( Benzin ), in Alkylierungsanlagen, die C 3 - und C 4 -Olefine und iso- Butan kombinieren .
Lösungsmittel
Fluorwasserstoff ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel. Aufgrund der Fähigkeit von HF, an Wasserstoffbrückenbindungen teilzunehmen, lösen sich sogar Proteine und Kohlenhydrate in HF und können daraus gewonnen werden. Im Gegensatz dazu reagieren die meisten anorganischen Nicht-Fluorid-Chemikalien eher mit HF, als dass sie sich auflösen.
Auswirkungen auf die Gesundheit
Bei Kontakt mit Feuchtigkeit, einschließlich Gewebe, wandelt sich Fluorwasserstoff sofort in Flusssäure um , die stark ätzend und giftig ist. Exposition erfordert sofortige ärztliche Hilfe. Es kann durch schnelle Zerstörung der Hornhaut zur Erblindung führen . Das Einatmen hoher Fluorwasserstoffkonzentrationen oder in Kombination mit Hautkontakt kann zum Tod durch unregelmäßigen Herzschlag oder Flüssigkeitsansammlung in der Lunge führen.
Verweise
Externe Links
- „ ATSDR – Fluoride, Fluorwasserstoff und Fluor“. Abgerufen am 30. September 2019
- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- Toxics Use Reduction Institute - Hydrogen Fluoride Fact Sheet