Het fluorwaterstofzuur (HF) is een waterige oplossing waarin waterstoffluoride is opgelost. Dit zuur wordt voornamelijk verkregen uit de reactie van geconcentreerd zwavelzuur met het mineraal fluoriet (CaF 2 ). Het mineraal wordt afgebroken door de werking van het zuur en het resterende water lost de waterstoffluoridegassen op.
Het zuivere product, dat wil zeggen het watervrije waterstoffluoride, kan uit hetzelfde zure water worden gedestilleerd. Afhankelijk van de hoeveelheden van het opgeloste gas worden verschillende concentraties verkregen en daardoor verschillende beschikbare producten van fluorwaterstofzuur op de markt.
Bij een concentratie van minder dan 40% heeft het een kristallijn uiterlijk dat niet van water te onderscheiden is, maar bij hogere concentraties geeft het witte dampen van waterstoffluoride af. Fluorwaterstofzuur staat bekend als een van de meest agressieve en gevaarlijke chemicaliën.
Het is in staat om bijna elk materiaal waarmee het in contact komt te "eten": van glas, keramiek en metalen tot rotsen en beton. In welke container wordt het dan opgeslagen? In plastic flessen zijn synthetische polymeren inert voor hun werking.
Formule
De formule van waterstoffluoride is HF, maar die van fluorwaterstofzuur wordt weergegeven in een waterig medium, HF (aq), om zich te onderscheiden van het eerste.
Aldus kan fluorwaterstofzuur worden beschouwd als het hydraat van waterstoffluoride, en dit is het anhydride ervan.
Structuur
Elk zuur in water heeft het vermogen om ionen te genereren in een evenwichtsreactie. In het geval van fluorwaterstofzuur wordt geschat dat het paar ionen H 3 O + en F - in een oplossing bestaat .
Het anion F - vormt waarschijnlijk een zeer sterke waterstofbinding met een van de waterstofatomen in het kation (FHO + -H 2 ). Dit verklaart waarom fluorwaterstofzuur een zwak Bronsted-zuur is (protonendonor, H + ), ondanks zijn hoge en gevaarlijke reactiviteit; dat wil zeggen, in water geeft het niet zoveel H + vrij in vergelijking met andere zuren (HCl, HBr of HI).
In geconcentreerd fluorwaterstofzuur zijn de interacties tussen de waterstoffluoridemoleculen echter effectief genoeg om ze in de gasfase te laten ontsnappen.
Dat wil zeggen, ze kunnen in het water een interactie aangaan alsof ze in vloeibaar anhydride zijn, waardoor ze waterstofbruggen vormen. Deze waterstofbruggen kunnen worden geassimileerd als bijna lineaire ketens (HFHFHF-…) omgeven door water.
In de bovenstaande afbeelding interageert het ongedeelde paar elektronen dat in de tegenovergestelde richting van de binding (HF :) is georiënteerd met een ander HF-molecuul om de ketting samen te stellen.
Eigendommen
Omdat fluorwaterstofzuur een waterige oplossing is, zijn de eigenschappen ervan afhankelijk van de concentratie van het anhydride opgelost in water. HF is zeer oplosbaar in water en is hygroscopisch, en kan een verscheidenheid aan oplossingen produceren: van zeer geconcentreerd (rokerig en met gele tinten) tot zeer verdund.
Naarmate de concentratie afneemt, krijgt HF (ac) eigenschappen die meer lijken op zuiver water dan die van anhydride. HFH-waterstofbruggen zijn echter sterker dan die in water, H 2 O-HOH.
Beide bestaan in harmonie naast elkaar in de oplossingen, waardoor de kookpunten stijgen (tot 105ºC). Evenzo nemen de dichtheden toe naarmate meer anhydride HF wordt opgelost. Anders hebben alle HF (ac) -oplossingen sterke, irriterende geuren en zijn ze kleurloos.
Reactiviteit
Dus wat is het corrosieve gedrag van fluorwaterstofzuur als gevolg van? Het antwoord ligt in de HF-binding en in het vermogen van het fluoratoom om zeer stabiele covalente bindingen te vormen.
Omdat fluor een heel klein en elektronegatief atoom is, is het een krachtig Lewis-zuur. Dat wil zeggen, het scheidt zich van waterstof om zich te binden aan soorten die het meer elektronen bieden tegen lage energiekosten. Deze soorten kunnen bijvoorbeeld metalen zijn, zoals silicium dat in glazen aanwezig is.
SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O
Als de dissociatie-energie van de HF-binding hoog is (574 kJ / mol), waarom breekt deze dan tijdens de reacties? Het antwoord heeft een kinetische, structurele en energetische ondertoon. In het algemeen geldt dat hoe minder reactief het resulterende product is, des te gunstiger de vorming ervan.
Wat gebeurt er met de F - in het water? In geconcentreerde oplossingen van fluorwaterstofzuur kan een ander HF-molecuul waterstof binden met de F - van het paar.
Dit resulteert in het genereren van het difluoride-ion - dat extreem zuur is. Daarom is elk lichamelijk contact ermee buitengewoon schadelijk. De geringste blootstelling kan eindeloze schade aan het lichaam veroorzaken.
Er zijn veel veiligheidsnormen en -protocollen voor de juiste omgang, en zo mogelijke ongelukken voor degenen die met dit zuur werken, voorkomen.
Toepassingen
Het is een verbinding met tal van toepassingen in de industrie, in onderzoek en in consumentenzaken.
- Fluorwaterstofzuur genereert organische derivaten die een rol spelen in het zuiveringsproces van aluminium.
- Het wordt gebruikt bij de scheiding van uraniumisotopen, zoals in het geval van uraniumhexafluoride (UF 6 ). Evenzo wordt het gebruikt bij de extractie, verwerking en raffinage van metalen, gesteenten en oliën, en wordt het ook gebruikt voor groeiremming en het verwijderen van schimmel.
- De corrosieve eigenschappen van zuur zijn gebruikt om kristallen, vooral frosted, te snijden en te graveren met behulp van de etstechniek.
- Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van siliconenhalfgeleiders, met meerdere toepassingen bij de ontwikkeling van computer- en informatietechnologie, verantwoordelijk voor menselijke ontwikkeling.
- Het wordt in de auto-industrie gebruikt als reiniger en als schimmelverwijderaar op keramiek.
- Naast het dienen als tussenproduct bij sommige chemische reacties, wordt fluorwaterstofzuur gebruikt in sommige ionenwisselaars die betrokken zijn bij de zuivering van metalen en complexere stoffen.
- Neemt deel aan de verwerking van olie en zijn derivaten, waardoor het mogelijk is oplosmiddelen te verkrijgen voor gebruik bij de vervaardiging van reinigings- en vetverwijderingsproducten.
- Het wordt gebruikt bij het genereren van middelen voor beplating en oppervlaktebehandeling.
- Consumenten gebruiken tal van producten waarin fluorwaterstofzuur heeft deelgenomen aan de uitwerking ervan; Sommige zijn bijvoorbeeld nodig voor autoverzorging, schoonmaakproducten voor meubels, elektrische en elektronische componenten en brandstoffen.
Referenties
- PubChem. (2018). Fluorwaterstofzuur. Opgehaald op 3 april 2018, van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Kat Day. (16 april 2013). Het zuur dat echt alles opeet. Opgehaald op 3 april 2018, van: chronicleflask.com
- Wikipedia. (28 maart 2018). Fluorwaterstofzuur. Opgehaald op 3 april 2018, van: en.wikipedia.org.
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (4e uitgave, blz. 129, 207-249, 349, 407). Mc Graw Hill.
- Fluorwaterstofzuur. Musc. Medische Universiteit van South Carolina. Opgehaald op 3 april 2018, van: academischedepartments.musc.edu