Фторид натрия: формула, свойства, польза и вред

Фторид натрия — это неорганическое соединение, соль плавиковой кислоты и натрия. Представляет собой белое кристаллическое вещество без запаха. Химическая формула фторида натрия — NaF. Химическая связь — ионная.

Распространение в природе

В природе это вещество существует в основном в виде минерала виллиомита. Этот минерал и представляет фторид натрия в чистом виде. Он может иметь очень красивую расцветку от карминово-красной, розовой до бесцветной. Является довольно хрупким и относительно нетвердым. Блеск этого минерала напоминает блеск стекла. Его месторождения находятся в Северной Америке, Африке и на Кольском полуострове, но в целом он встречается довольно редко.

Получение в промышленности

Фторид натрия — довольно полезное соединение, поэтому синтезируется он в промышленных масштабах. Мировое производство составляет более 10000 тонн в год. В большинстве случаев сырьем являются гексафторсиликаты, которые также получают искусственно. На производстве их подвергают щелочному гидролизу, в результате которого в реакционной смеси выделяется фторид натрия. Но его еще необходимо отделить от примесей оксида кремния и силиката натрия. Делают это зачастую обыкновенной фильтрацией.

Но гексафторсиликаты даже при термическом разложении или при взаимодействии с карбонатом натрия могут давать фторид натрия. Это также может быть использовано при промышленном синтезе.

Также в промышленности существует способ получения фторида натрия из кальцинированной соды (карбоната натрия) и плавиковой кислоты. В результате их взаимодействия с помощью фильтрации удается получать технически чистый продукт:

Na₂CO₃ + HF → 2NaF + CO₂ + H₂O

Получение в лаборатории

В лаборатории возможны и другие способы получения этого соединения. Самый простой — это реакция нейтрализации гидроксида натрия плавиковой кислотой. Другой вариант: взаимодействие гидроксида натрия с фторидом аммония. Гидроксид натрия может давать фторид и при взаимодействии с простым фтором.

В теории фторид натрия можно получать и из простых веществ: натрия и фтора. Эта реакция протекает очень бурно, хотя на практике ее проводят очень редко.

F₂ + 2Na → 2NaF

Еще один способ получения — это термическое разложение дифторгидрата и некоторых комплексных солей. В этом случае получается продукт очень высокой чистоты.

Na(HF₂) → NaF + HF

При окислении простого фтора броматом натрия или другими окислителями, содержащими натрий, в качестве продукта может получаться фторид натрия.

F₂ + NaBrO₃+ 2NaOH → NaBrO₄ + 2NaF + H₂O

Взаимодействием трифторида бора с гидридом натрия, также можно получить эту соль.

BF₃ + NaOH → Na₃BO₃ + NaF + H₂O

Физические свойства

Фторид натрия — это твердое кристаллическое вещество белого цвета. Температура плавления — 992°C, кипения — 1700°C. Не горюч. Так как химическая связь у фторида натрия - ионная, он хорошо растворим в воде, а еще лучше — во фтороводороде. Почти не растворим в органических растворителях. Не гигроскопичен и не образует кристаллогидратов.

Химические свойства

В водных растворах фторид натрия диссоциирует и образует комплексное соединение.

NaF + 4H₂O → [Na(H₂O)₄]⁺ + F^-

При взаимодействии с плавиковой кислотой образуется дифторгидрат. Но при избытке фтороводорода могут образовываться иные комплесксные соединения, которые называются гидрофториды натрия. Их состав может быть разным в зависимости от соотношения реагентов.

Как видно из химической формулы, фторид натрия — это типичная соль, поэтому он вступает в реакции обмена с другими солями, если в результате реакции образуется осадок или газ. При взаимодействии с кислотами выделяется газообразный фтороводород. А с гидроксидом лития образуется осадок фторида лития.

Фторид натрия может образовывать и другие комплексные соли, в зависимости от реагентов и условий реакции.

Токсичность

Фторид натрия — опасное вещество. Он имеет третий уровень опасности из четырех по стандарту NFPA 704. Смертельная доза для человека составляет 5-10 грамм. Это довольно много, но даже меньшие дозы фторида натрия вредят сердечно-сосудистой системе. Отравление может происходить как при вдыхании отравленного воздуха, так и при попадании этого неорганического соединения в пищу. В последнем случае может происходить раздражение желудка, вплоть до язвы.

Применение

Фторид натрия обладает хорошими антисептическими свойствами, поэтому его иногда добавляют в моющие средства. По той же причине он используется для обработки древесины. Раствор этой соли помогает бороться с плесенью, грибком и насекомыми. Чаще всего используют трехпроцентный раствор. Он хорошо проникает в древесину и защищает ее от гниения. Но у этого средства есть недостаток, из-за которого фторид натрия редко используют, — он легко вымывается из древесины во время дождей, так как эта соль хорошо растворима в воде.

Он также используется при синтезе некоторых химических соединений, в частности фреонов и инсектицидов. Ионы фтора останавливают гликолиз (окисление глюкозы), поэтому фторид натрия применяют для биохимических исследований.

Часто его используют и в металлургической промышленности для очистки поверхностей металлов, а также при их плавке и пайке. Вещество иногда добавляют и в цемент, делая бетон стойким к воздействию кислот, и в смазки для повышения термостойких качеств.

Самое спорное его применение — это добавление в зубные пасты. Для зубов фторид натрия — это источник фтора, который необходим для придания костям и зубам прочности, также служит для профилактики кариеса. Но при высоком потреблении этого элемента могут возникать негативные последствия. Поэтому до сих пор ведутся споры о применении фторидов в качестве добавок для зубной пасты.

Позитивное влияние фтора на организм

Фтор является довольно важным микроэлементом в организме человека, без которого невозможна нормальная его жизнедеятельность. В сутки необходимо потреблять 0,03 мг фтора на килограмм массы тела для взрослого человека. Ребенку же необходимо в 5 раз больше.

Функции фтора в организме очень разнообразны. Он способствует правильному росту и формированию костей, волос и ногтей, так как стабилизирует кальций в процессе минерализации. Особенно это важно во время роста и развития детей, а также при переломах. Этот элемент необходим для поддержания иммунитета. Железо лучше усваивается организмом, если в этом процессе участвует фтор.

При недостатке этого элемента ослабляется зубная эмаль, возрастает риск кариеса. У детей в этом случае могут появляться дефекты при развитии скелета. У взрослых появляется риск развития остеопороза. Это заболевание характеризуется пониженной плотностью костей, из-за чего возрастает их хрупоксть.

Проблемы при избытке фтора в организме

При повышенном содержании фтора в организме может возникнуть флюороз. Это заболевание характеризуется рядом необратимых последствий. В начальных периодах развития болезни страдает зубная эмаль. На ней появляются пятна разной формы и цвета. Пятна легко диагностируются стоматологом, и при своевременном лечении от них можно без труда избавится. Для отбеливания часто используют растворы неорганических кислот, раствор перекиси водорода или растворы других перекисей. После отбеливания эмали проводят реминерализацию раствором глюконата кальция. При лечении более тяжелых форм флюороза рекомендуется приминать глюконат кальция внутрь до окончания терапии. Если при флюорозе возникла эрозия зубной эмали, то применяют композитные материалы и восстанавливают форму зуба, примерно так же, как при пломбировании.

В качестве профилактики данного заболевания можно снизить поступление фтора в организм, если его концентрация в питьевой воде велика. Для этого обычно заменяют источник воды либо же просто проводят фильтрацию. Также можно убрать из рациона продукты, в которых содержится много фтора: морскую рыбу, животное масло, шпинат. Может помочь введение в пищу витаминов С и D, а также глюконата кальция.

Если избыток фтора наблюдается на протяжении длительного периода (10-20 лет), начинают страдать кости. Возникает остеосклероз, при котором, в отличие от остеопороза, плотность костей становится выше нормы, что приводит к снижению их упругости. Это также может стать причиной частых переломов. Но переживать не стоит. Настолько сильный переизбыток фтора в организме может возникнуть только у людей, работающих на производстве фторидов без соблюдения техники безопасности.

Фторирование воды

Как уже было сказано выше, фтор может использоваться для профилактики кариеса. По этой причине в середине прошлого века в некоторых странах начали применять фторирование водопроводной воды. Его суть напоминает хлорирование. В воду добавляют небольшое количество фторида натрия или иного компонента, содержащего фтор, для придания ей определенных свойств. Сегодня в США фторируется 2/3 всей воды.

Чтобы человек получал необходимое количество фтора, по данным Всемирной организации здравоохранения, питьевая вода должна содержать 0,5-1,0 мг фтора в литре. Но обыкновенная вода не всегда содержит такое количество, поэтому приходится увеличивать его искусственно.

Фторирование воды никак не влияет на ее вкус или запах. Благодаря этому процессу очень сильно снижается риск заболевания кариесом, особенно среди детей. Это происходит из-за того, что фтор уничтожает бактерии, которые могут растворять эмаль зубов и вызывать кариес.

Конечно, повышенное содержание фтора может привести к флюорозу, но, согласно авторитетным исследованиям, фторирование воды не может являться причиной развития данной патологии. Других побочных действий у такой воды также не наблюдается. Хотя в последнее время стали появляться некоторые низкокачественные исследования, говорящие об обратном. Набирал популярность и миф, что фторирование воды служит способом для утилизации фторидов, которые являются отходом алюминиевых предприятий. Но эта версия не нашла подтверждения.

Употребление фторированной воды не рекомендуется лишь при некоторых заболеваниях: диабете, гормональных нарушениях, артрите, болезнях щитовидной железы, почек и сердца.

В любом случае воду несложно избавить от присутствия фтора. Фильтры, работающие по принципу обратного осмоса, удаляют почти весь фтор, а дистилляция очищает воду от него полностью. Бытовые фильтры также могут частично или полностью задерживать фтор в себе. Пропуская воду через глинозем, костную муку или костный уголь можно также убрать фтор из воды. Некоторые фториды (например, фторид кальция) нерастворимы в воде, поэтому можно использовать метод осаждения, чтобы перевести весь фтор в осадок. Для этого зачастую используют известь.

Применение в фармакологии

Фторид натрия является действующим веществом некоторых лекарственных препаратов. Как правило, прием таких таблеток осуществляется по назначению врача, иногда терапия требует специального наблюдения и сопровождается регулярными исследованиями динамики протекания. Торговые названия препаратов фтора: "Натрия фторид", "Натриум флуоратум" и "Оссин". Их прописывают при недостатке фтора в организме, в частности при остеопорозе.

Препарат в виде драже и таблеток принимают внутрь. Почти весь фтор усваивается организмом, вне зависимости от приема пищи. Обычно такую терапию сочетают с приемом кальция и магния по 1-1,5 г в сутки. Это помогает костям более стабильно минерализоваться.

Но препарат опасно принимать свыше нормы. В таком случае может возникнуть избыток фтора, приводящий к флюорозу. При приеме лекарственных средств, содержащих фторид натрия, необходимо наблюдаться у стоматолога, чтобы предупредить развитие флюороза.