Υδροφθορικό οξύ
Υδροφθορικό οξύ (HF(aq)) ονομάζεται κάθε υδατικό διάλυμα του υδροφθορίου. Είναι αξιόλογη πηγή φθορίου και πρόδρομο για πολλά φαρμακευτικά προϊόντα, όπως η φθοροξετίνη (Prozac) και διαφορετικά υλικά, όπως το τεφλόν (πολυτετραφθοραιθένιο).
| Υδροφθορικό οξύ | |||
|---|---|---|---|
| |||
| |||
| |||
| Γενικά | |||
| Όνομα IUPAC | Υδροφθορικό οξύ | ||
| Χημικά αναγνωριστικά | |||
| Αριθμός CAS | 7664-39-3 | ||
| SMILES | [H+].[F-] | ||
| InChI | 1/FH/h1H/fF.H/h1h;/q-1;+1 | ||
| Αριθμός EINECS | 231-634-8 | ||
| Αριθμός RTECS | MW7875000 | ||
| PubChem CID | 16211014 | ||
| Φυσικές ιδιότητες | |||
| Σημείο τήξης | -35 °C (238.15K) (-31 °F) | ||
| Σημείο βρασμού | 108 °C (381.15K) (226.4 °F) | ||
| Πυκνότητα | 1.16 g/mL | ||
| Διαλυτότητα στο νερό |
Πλήρως αναμίξιμο | ||
| Χημικές ιδιότητες | |||
| pKa | 3.15 | ||
| Επικινδυνότητα | |||
| Φράσεις κινδύνου | R26, R27, R28, R35 | ||
| Φράσεις ασφαλείας | S26, S28, S36, S37, S39, S45 | ||
| Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). | |||
Το υδροφθορικό οξύ είναι ένα πολύ διαβρωτικό οξύ, ικανό να διαβρώσει πολλά υλικά, ιδιαίτερα οξείδια. Η ικανότητά του να διαλύει το γυαλί ήταν γνωστή από τον 17ο αιώνα, πριν ακόμη ο Καρλ Γουΐλχελμ Σχηλ (Carl Wilhelm Scheele) το παρασκευάσει σε μεγάλες ποσότητες το 1771[1]. Εξαιτίας της μεγάλης του δραστικότητας ενάντι του γυαλιού, και την μέτρια δραστικότητά του έναντι πολλών μετάλλων, το υδροφθορικό οξύ συνήθως αποθηκεύεται σε πλαστικά δοχεία (παρόλο που το τεφλόν είναι ελαφρά διαπερατό από αυτό)[2].
Το υδροφθόριο είναι ένα ισχυρό δηλητήριο, και πιθανώς μεταλλαξιογόνο, που μπορεί να προκαλέσει άμμεση και μόνινη βλάβη στους πνεύμονες και στις κόρες των ματιών. Το υδροφθορικό οξύ είναι ένα δηλητήριο επαφής, με δυναμικό για βαθιά, αρχικά ανώδυνα χημικά εγκαύματα, θανατώνοντας τους ιστούς, με τους οποίους έρχεται σε επαφή. Επίσης, με την ανάμιξή του στο μεταβολισμό ασβεστίου του σώματος, το πυκνό υδροφθορικό οξύ μπορεί να προκαλέσει συστημική τοξικότητα και τελικά καρδιακή ανακοπή και θάνατο, μετά από επαφή τουλάχιστον με μια (σχετικά μικρή) επιφάνεια 160 τετραγωνικών εκατοστόμετρων δέρματος.
Παραγωγή
ΕπεξεργασίαΤο υδροφθορικό οξύ παράγεται βιομηχανικά με επίδραση πυκνού θειικού οξέος σε ορυκτό φθορίτη (φθοριούχο ασβέστιο, CaF2). Όταν συνδυάζονται οι δυο παραπάνω ουσίες στους 200-265°C, αντιδρούν παράγοντας υδροφθόριο και θειικό ασβέστιο, σύμφωνα με την ακόλουθη χημική εξίσωση:
Παρόλο που ο φθορίτης είναι μια κατάλληλη πρώτη ύλη, καθώς και μια κύρια πηγή της παγκόσμιας παραγωγής υδροφθορίου, παράγοντας έτσι περίπου 20.000 τόννους υδροφθορίου ετησίως, το υδροφθορικό οξύ επίσης ως ένα παραπροϊόν της παραγωγής φωσφορικού οξέος, που με τη σειρά του παράγεται από ορυκτό απατίτη. Οι πηγές απατίτη τυπικά περιέχουν λίγες μονάδες τοις εκατό φθοραπατίτη, το οποίο μετά από «πέψη» με θειικό οξύ εκλύει αέριο ρεύμα που περιέχει διοξείδιο του θείου (από το θειικό οξύ), υδρατμούς, υδροφθόριο καθώς και σωματίδια προσμίξεων. Μετά από το διαχωρισμό τους από τις στερεές προσμίξεις, τα αέρια επιδρούνται με θειικό οξύ και ατμίζον θειικό οξύ για παραγωγή άνυδρου υδροφθορίου. Εξαιτίας της διαβρωτικής φύσης του υδροφθορίου, η παραγωγή του συνδυάζεται με τη διάβρωση πυριτιούχων υλικών, οπότε με τον παραπάνω τρόπο συμπαράγονται σημαντικές ποσότητες φθοροπυριτικού οξέος[2].
Χημική δράση
Επεξεργασία- Για περισσότερες λεπτομέρειες για τη χημική δράση του υδροφθορίου δείτε τις χημικές ιδιότητες υδροφθορίου.
Οξύτητα
ΕπεξεργασίαΤο υδροφθορικό οξύ ταξινομείται στα ασθενή οξέα, γιατί έχει χαμηλή σταθερά διάστασης (Ka = 7,08·10-4), σε σύγκριση με τα ισχυρά οξέα. Το υδροφθόριο ιονίζεται αν διαλυθεί σε νερό, παρόμοια με τα υπόλοιπα συνηθισμένα οξέα[3]:
Το υδροφθορικό οξύ είναι το μόνο υδραλογονικό οξύ που δεν θεωρείται ένα ισχυρό οξύ, δηλαδή το υδροφθορικό οξύ δεν διίσταται (σχεδόν) πλήρως αν διαλυθεί σε νερό, όπως συμβαίνει με τα ισχυρά οξέα.
Όταν όμως η συγκέντρωση του υδροφθορίου φθάσει το 100%, η οξύτητα αυξάνεται πλέον δραμαντικά, γιατί αλλάζει η υφιστάμενη χημική ισορροπία:
Τα υδροδιφθοριούχα ανιόντα (HF2- ή FHF-) σταθεροποιούνται με έναν πολύ ισχυρό δεσμό υδρογόνου μεταξύ ατόμων υδρογόνου και φθορίου γειτονικών μορίων.
Απόπειρα ηλεκτρόλυσης
ΕπεξεργασίαΌταν ηλεκτρολύεται υδροφθορικό οξύ, η ημιαντίδραση στην κάθοδο είναι:
Στην άνοδο θα αναμένονταν οι ακόλουθες ημιαντιδράσεις:
Όμως, η τελευταία ημιαντίδραση έχει το μεγαλύτερο αρνητικό δυναμικό οξειδοαναγωγής, γιατί το φθόριο (F2) είναι το ισχυρότερο οξειδωτικό. Επομένως για να παραχθεί απαιτεί το μέγιστο δυναμικό και άρα και τη μέγιστη ενέργεια[4][5]. Επομένως πραγματοποιείται κυρίως η δεύτερη αναφερόμενη ημιαντίδραση. Επομένως, τελικά, η ολική χημική εξίσωση της απόπειρας ηλεκρόλυσης υδροφθορικού οξέος αντιστοιχεί στην ακόλουθη χημική εξίσωση ηλεκτρόλυσης νερού:
![{\displaystyle \mathrm {H_{2}O{\xrightarrow[{HF}]{\eta \lambda \epsilon \kappa \tau \rho {\acute {o}}\lambda \upsilon \sigma \eta }}H_{2}+{\frac {1}{2}}O_{2}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a481205b7dce0bfdf03464461bef3bde0642928)
Εφαρμογές
ΕπεξεργασίαΔιύλιση πετρελαίου
ΕπεξεργασίαΣε μια κανονική διεργασία διύλισης πετρελαίου που είναι γνωστή ως αλκυλίωση, το μεθυλοπροπάνιο αλκυλιώνεται με χαμηλού μοριακού βάρους αλκένια (κυρίως ένα μίγμα προπενίου και βουτενίου), με την παρουσία ενός ισχυρού όξινου καταλύτη που παράγεται από υδροφθορικό οξύ. Ο καταλύτης πρωτονιώνει τα αλκένια, παράγοντας καρβωνιόντα, τα οποία αλκυλιώνουν το μεθυλοπροπάνιο. Η αντίδραση διεξάγεται σε ήπιες θερμοκρασίες (0 - 30°C) χαμηλές πιέσεις (1 atm - 10 atm), σε μια αντίδραση δύο φάσεων. Η αλκυλίωση με υδροφθορικό οξύ παρουσιάζει τα εξής πλεονεκτήματα:
- Το χρησιμοποιούμενο υδροφθορικό οξύ μπορεί εύκολα να αναγεννηθεί και να ακυκλωθεί μέσα στα όρια της βιομηχανικής μονάδας.
- Δεν υπάρχει ανάγκη μεταφοράς του καταλύτη σε μεγάλες ποσότητες για αναγέννηση.
Παραγωγή οργανοφθοριούχων ενώσεων
ΕπεξεργασίαΗ κύρια χρήση του υδροφθορικού οξέος είναι στην οργανοφθοριακή χημεία. Πολλές οργανοφθοριακές ενώσεις παράγονται χρησιμοποιώντας αέριο υδροφθόριο ή υδροφθορικό οξύ ως φθοριούχα πηγή. Οι ενώσεις αυτές περιλαμβάνουν το τεφλόν, άλλα φθοροπολυμερή, όπως το πολυβινυλοφθορίδιο (PVF), φθοράνθρακες, και ψυκτικά υγρά όπως τα φρεόν[2].
Παραγωγή φθοριούχων αλάτων
ΕπεξεργασίαΟι περισσότερες ανόργανες φθοριούχες ενώσεις παράγονται από υδροφθορικό οξύ. Περισσότερο από όλες παράγονται το εξαφθοροαργιλιούχο νάτριο (Na3AlF6), ο κρυόλιθος και το τριφθοριούχο αργίλιο (AlF3). Ένα τηγμένο μίγμα από τα παραπάνω στερεά φθορίδια χρησιμεύει ως ένας διαλύτης υψηλής θερμοκρασίας για την ηλεκτρολυτική παραγωγή του μεταλλικού αλουμινίου. Αλλά με δεδομένες τις ανησυχίες για τις επιπτώσεις των φθοριδίων στο περιβάλλον, αναζητούνται εναλλακτικές τεχνολογίες. Άλλα ανόργανα φθορίδια που παράγονται από το υδροφθορικό οξύ περιλαμβάνουν το φθοριούχο νάτριο (NaF) και το εξαφθοριούχο ουράνιο (UF6)[2].
Καθαριστικός παράγων - Χάραξη γυαλιού
ΕπεξεργασίαΗ ικανότητα του υδροφθορικού οξέος να διαλύει τα οξείδια των μετάλλων αποτελεί τη βάση πολλών εφαρμογών. Απομακρύνει τις επιφανειακές σκουριές από το ανοξείδωτο ατσάλι και από το πυρίτιο στη βιομηχανία των ημιαγωγών. Αραιό διάλυμα χρησιμοποιείται για οικιακή χρήση στην απομάκρυνση λεκέδων από σκουριά αλλά και ως συστατικό στα προϊόντα καθαρισμού των μεταλλικών εξαρτημάτων των οχημάτων.
Το υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται στη χαρακτική του γυαλιού επειδή αντιδρά με το οξείδιο του πυριτίου παράγοντας αέρια ή υδατοδιαλυτά φθοριούχα άλατα του πυριτίου :
- SiO2(s) + 4HF(aq) → SiF4(g) + 2H2O(l)
- SiO2(s) + 6HF(aq) → H2SiF6(aq) + 2H2O(l)
Άλλες εξειδικευμένες χρήσεις
ΕπεξεργασίαΤο υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται για τη διάλυση δειγμάτων πετρωμάτων (συνήθως σε σκόνη) πριν τη χημική ανάλυσή τους.
Επίσης χρησιμοποιείται για την απομόνωση οργανικών απολιθωμάτων από πυριτικά πετρώματα.
Τοξικότητα - Προφυλάξεις κατά τη χρήση - Αποθήκευση
Επεξεργασία
Το υδροφθορικό οξύ είναι πολύ τοξικό και μπορεί να αποβεί θανατηφόρο σε περίπτωση εισπνοής ή κατάποσης. Η εισπνοή 50-100 ppm HF στον αέρα για 30-60 λεπτά μπορεί να είναι θανατηφόρος. Είναι πιθανώς μεταλλαξιογόνο.
Στα εγκαύματα από υδροφθορικό οξύ, πρέπει να χορηγείται διάλυμα γλυκονικού ασβεστίου, να παρακολουθούνται τα επίπεδα του ασβεστίου και του μαγνησίου και να γίνεται συχνός ηλεκτροκαρδιογραφικός έλεγχος προς αντιμετώπιση πιθανών συστηματικών επιπλοκών. Το υδροφθορικό οξύ δεσμεύει τα δισθενή κατιόντα του ασβεστίου και του μαγνησίου με αποτέλεσμα την πτώση του επιπέδου αυτών στο πλάσμα, η οποία όταν γίνεται σε μεγάλο βαθμό δεν μπορεί να αντισταθμιστεί με την μετακίνηση κατιόντων από τα οστά. Η υπασβεστιαιμία σε συνδυασμό με την αύξηση της διεγερσιμότητας του μυοκαρδίου, που απευθείας προκαλεί το υδροφθορικό οξύ, προκαλούν την εμφάνιση ανθεκτικών στη θεραπεία αρρυθμιών, κυρίως κοιλιακής μαρμαρυγής.
Κατά τη χρήση υδροφθορικού οξέος είναι απαραίτητη η χρήση γαντιών (τα οποία όμως δεν παρέχουν επαρκή προστασία), μάσκας προσώπου ή γυαλιών ασφαλείας και ποδιάς.
Το υδροφθορικό οξύ δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να αναμιγνύεται με αμμωνία ή με εμπορικά προϊόντα που περιέχουν αμμωνία διότι η αντίδραση[6] συνοδεύεται από έκρηξη.
Λόγω της υψηλής δραστικότητας του προς το γυαλί, το υδροφθορικό οξύ πρέπει να αποθηκεύεται (σε μικρές ποσότητες) σε δοχεία από κερί, πολυαιθυλένιο ή teflon. Το πολυαιθυλένιο δεν προσβάλλεται από υδροφθορικό οξύ 40 % μέχρι τους 100 °C. Το teflon είναι το πλέον ανθεκτικό. Αντέχει οξύ περιεκτικότητας 40 % μέχρι τους 250 °C. Απρόσβλητα είναι και τα σκεύη από λευκόχρυσο, χρυσό και παλλάδιο για περιεκτικότητες οξέος 40 % και μέχρι το σημείο βρασμού του.
Πηγές
Επεξεργασία- Αντιμετώπιση εγκαυμάτων από υδροφθορικό οξύ
- Κεχαγιόγλου Α. Χ. "Βιομηχανική Οργανική Χημεία", Θεσσαλονίκη 1989.
- Μπαζάκης Ι. Α. "Γενική Χημεία", Αθήνα.
- Μανουσάκης Γ.Ε. "Γενική και Ανόργανη Χημεία", Τόμοι 1ος και 2ος, Θεσσαλονίκη 1981.
- Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Στοιχεία Ανόργανης Χημείας", Έκδοση 14η, Αθήνα 1984.
- Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Χημικές Αντιδράσεις", Αθήνα 1976.
- Βασιλικιώτης Γ. Σ. "Ποιοτική Ανάλυση", Θεσσαλονίκη 1980.
- Σπάθης Π. "Μεταλλουργία & Τεχνολογία Μετάλλων", Θεσσαλονίκη 1988.
- Καραγιαννίδη Γ, Σιδερίδου Ε. "Χημεία και Τεχνολογία Πολυμερών", Θεσσαλονίκη 1988.
- Γιαννακουδάκης Δ. Α. "Φυσική Χημεία Ιονικών και Ηλεκτροδιακών Δράσεων", Θεσσαλονίκη 1986.
Εξωτερικοί σύνδεσμοι
Επεξεργασία- Σύγκριση αλκυλιώσεων παραφινών με καταλύτες υδροφθορικό και θειικό οξύ[νεκρός σύνδεσμος]
- Οδηγίες προστασίας από το υδροφθορικό οξύ Αρχειοθετήθηκε 2009-08-31 στο Wayback Machine.
- Διάφορες χρήσεις του υδροφθορικού οξέος
- Κλινική τοξικολογία του υδροφθορικού οξέος
- Πληροφορίες για την προστασία από το υδροφθορικό οξύ του Υπουργείου Περιβάλλοντος της Αυστραλίας
Αναφορές και σημειώσεις
Επεξεργασία- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. p. 921. ISBN 0-08-022057-6.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Aigueperse, J. et al. (2005) "Fluorine Compounds, Inorganic" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a11_307
- ↑ Ayotte, P; Hébert, M; Marchand, P (Nov 2005). "Why is hydrofluoric acid a weak acid?". J. Chem. Phys. 123 (18): 184501. doi:10.1063/1.2090259. PMID 16292908.
- ↑ Γι' αυτόν το λόγο το φθόριο δε μπορεί να παρασκευαστεί με ηλεκτρόλυση υδροφθορικού οξέος ή άλλης φθοριούχου ένωσης αλλά μόνο από τήγμα φθοριούχου άλατος.
- ↑ Επίσης η πρώτη αναφερόμενη ημιαντίδραση έχει ελάχιστη συμμετοχή, αφού τα ουδέτερα μόρια δεν έλκονται από τα ηλεκτρόδια, και άλλωστε παράγει τα ίδια προϊόντα με τη δεύτερη αναφερόμενη ημιαντίδραση.
- ↑ HF + NH3 → NH4F