Фтористый водород

Фтороводород
Общие
Систематическое наименование	фтороводород
Химическая формула	HF
Отн. молек. масса	20.01 а. е. м.
Молярная масса	20.01 г/моль
Физические свойства
Плотность вещества	0,99 г/см³
Состояние (ст. усл.)	газ или подвижная жидкость
Термические свойства
Температура плавления	-83.4 °C
Температура кипения	19.54 °C
Энтальпия (ст. усл.)	-273,3 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	72,47 (20°C) г/100 мл
Классификация
номер CAS	7664-39-3

Фтороводород — бесцветный газ с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H₂F₂, ниже 19,9°C — бесцветная подвижная жидкость. Хорошо растворим в воде в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Образует азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF.

Строение молекулы

Молекула фотороводорода сильно полярна, μ = 0,64·10^-29 Кл·м. Фтороводород в жидком и газообразном состояниях имеет большую склонность к ассоциации вследствие образования сильных водородных связей. Энергия водородных связей FH•••FН приблизительно составляет 42 кДж/моль, а средняя степень полимеризации в газовой фазе (при температуре кипения) ≈4. Даже в газообразном состоянии, фтороводород состоит из смеси полимеров H₂F₂, H₃F₃, H₄F₄, H₅F₅, H₆F₆. Простые молекулы HF существуют лишь при температурах выше 90 °C. Вследствии высокой прочности связи, термический распад фотороводорода становится заметным лишь выше 3500 °C (что выше температуры плавления вольфрама,самого тугоплавкого из металлов,для сравнения, у воды термический распад становится заметным при температуры выше 2000 °C).

Источник

• Ахметов Н.С. "Общая и неорганическая химия" М.:Высшая школа, 2001
• Карапетьянц М.Х. Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994

В кристаллическом состоянии HF образует орторомбические кристаллы, состоящие из цепеобразных структур: угол HFH = 116 °, d(F-H) = 95 пм, d(F•••H) = 155 пм. Аналогичные зигзагообразные

цепи с углом HFH = 140°) имеют и полимеры HF, существующие в газовой фазе.

Свойства

Физические свойства

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

МО + 2HF = MF₂ + Н₂О

• Жидкий HF – сильный ионизирующий растворитель. Все электролиты, растворенные в нем, за исключением хлорной кислоты НClO₄, являются основаниями:

HCl + 2HF ↔ ClH₂⁺ + HF₂^-

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

BF₃ + 2HF → FH₂⁺ + BF₄^-

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

3NaF + AlF₃ → 3Na⁺ + AlF₆^-

(AlF₃ - как кислота)

AlF₃ + 3BF₃ → Al³⁺ + 3BF₄^-

(AlF₃ - как основание)

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

HF + H₂O ↔ OH₃⁺ + HF₂^-

K_d= 7.2·10^-4

HF + F^- ↔ HF₂^-

K_d= 5.1

В водном растворе HF (плавиковая кислота) является кислотой средней силы. Соли плавиковой кислоты называются фторидами. Большинство их трудно растворимо в воде, хорошо растворяются лишь фториды Na, К, Ag, Al, Sn и Hg. Все соли плавиковой кислоты ядовиты.

Получение

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

Н₂ + F₂ → 2HF

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

CaF₂ + H₂SO₄ = 2HF + CaSO₄

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

Техника безопасности

Очень ядовит! Фтористый водород (гидрофторид) обладает резким запахом, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей.

Подробнее о токсикологии фтороводорода см в ст. Плавиковая кислота.

Применение

Применяют для получения криолита, фтористых производных урана, фреонов, фторорганических веществ, матового травления силикатного стекла (плавиковую кислоту — для прозрачного травления).

Любопытные факты

Известный писатель-фантаст Иван Ефремов написал повесть «Сердце змеи», в которой описал гипотетическую жизнь, образовавшуюся на планете, где основную роль в природе играет не кислород, а фтор, а вместо воды поверхность планеты покрыта океанами фтороводорода. На эту мысль писателя навела глубокая аналогия между свойствами воды и фтороводорода.

Литература

• Ахметов Н.С. "Общая и неорганическая химия" М.:Высшая школа, 2001
• Карапетьянц М.Х. Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994