Плавиковая кислота - уникальное вещество, сочетающее в себе полезные и опасные свойства. Эта статья расскажет об истории ее открытия, физических и химических особенностях, способах получения, областях использования, а также мерах безопасности при работе с плавиковой кислотой.
История открытия
Впервые плавиковую кислоту получил немецкий химик Карл Шееле в 1771 году при нагревании плавикового шпата с серной кислотой. Отсюда и название "плавиковая", происходящее от минерала плавиковый шпат (флюорит).
Первые эксперименты Шееле были весьма опасны, так как ученый не знал о токсичности полученного вещества. Он едва не потерял зрение в результате воздействия паров кислоты.
Лишь в 1892 году французский инженер Анри Муассан сумел впервые получить и исследовать свойства чистого вещества, а не его водного раствора.
Физико-химические свойства
Плавиковая кислота - бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом и кислым вкусом. Ее химическая формула HF, молекулярная масса 20 г/моль. Основные физические константы:
- Плотность 70% раствора - 1,258 г/см3
- Температура плавления 70% раствора - минус 75°C
- Температура кипения 70% раствора - 85,8°C
При низких температурах плавиковая кислота способна образовывать кристаллогидраты, наиболее стабильный из которых имеет состав H2O·HF и тает при минус 35°С.
| Концентрация HF, % | Плотность, г/см3 | Температура кипения, °C |
| 40 | 1,15 | 108 |
| 70 | 1,258 | 85,8 |
Из таблицы видно, что с увеличением концентрации плавиковой кислоты повышаются плотность и температура кипения.
Химические свойства и реакционная способность
Несмотря на принадлежность к кислотам, плавиковая кислота обладает умеренной силой. Ее константа диссоциации всего 6,8∙10-4. Тем не менее, эта кислота весьма реакционно способна.
Плавиковая кислота взаимодействует с большинством металлов и их оксидами с образованием соответствующих фторидов и воды:
CaO + 2HF = CaF2 + H2O
Опасной особенностью является способность разъедать стекло и другие силикатные материалы:
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
Реакции с органическими веществами
Помимо неорганических соединений, плавиковая кислота способна вступать в реакции с некоторыми органическими веществами.
- С этиленом образует фторэтан:
- C2H4 + HF = C2H5F
- С бензолом - фторбензол:
- C6H6 + HF = C6H5F + H2
Такие реакции используются в органическом синтезе для введения атома фтора в молекулы органических соединений.
Примеси технической плавиковой кислоты
Техническая плавиковая кислота, получаемая промышленным способом, содержит различные примеси:
- Соединения железа
- Соли рубидия
- Мышьяк
- Кремнийфтористоводородную кислоту H2SiF6
- Сернистый газ SO2
Для очистки используют перегонку с отбрасыванием первых фракций дистиллята, а также перевод в калий гидрофторид с последующим разложением.
Лабораторные способы получения
В лабораторных условиях удобнее всего получать плавиковую кислоту из гидрофторидов щелочных или щелочноземельных металлов. Например:
- Нагревание CaF2 c H2SO4
- Нагревание KHF2 или NaHF2
- Электролиз расплава KHF2
Достоинствами являются доступность исходных реагентов, простота и безопасность получения.
Использование в органическом синтезе
Благодаря высокой реакционной способности, плавиковая кислота применяется в органическом синтезе фторорганических соединений. Например, для получения фреонов, фторированных поверхностно-активных веществ, жидких кристаллов и полимеров.
Реакции фторирования с участием HF используются при производстве хладонов, тефлона, фторопластов и других фторсодержащих материалов.
Применение в микроэлектронике
В микроэлектронной промышленности плавиковая кислота используется для травления кремния и glass в производстве интегральных схем и микропроцессоров. Она позволяет селективно удалять определенные участки кремниевой подложки.
Также применяется для получения легирующих фторидных пленок, изменяющих электропроводность полупроводника по заданному узору.
Применение в аналитической химии
Благодаря высокой реакционной способности, плавиковая кислота используется в аналитической химии для разложения и растворения тугоплавких оксидов, силикатов, алюмосиликатов с целью их последующего анализа.
Особенно эффективна для разложения сложных по составу минералов, руд и горных пород перед определением содержания редкоземельных и радиоактивных элементов.
Применение в строительстве и промышленности
В строительной отрасли плавиковая кислота используется для травления и матирования силикатного и кварцевого стекла.
В черной и цветной металлургии применяется для травления и полировки металлических изделий из алюминия, нержавеющей стали.
В автомобилестроении используется для обработки деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.
Экологические аспекты
Плавиковая кислота и плавиковые соли (фториды) чрезвычайно токсичны для окружающей среды. Попадая в водоемы, они накапливаются в пищевых цепочках, вызывая отравления и гибель живых организмов.
Поэтому необходимо соблюдать правила утилизации отходов производства, содержащих плавиковую кислоту, а также предотвращать ее попадание в почву и грунтовые воды.
Токсическое действие на человека
Плавиковая кислота и ее пары оказывают токсическое воздействие на организм человека. Опасность представляет как при вдыхании, так и при попадании на кожу и слизистые.
- Поражает дыхательную систему, может вызвать отек легких
- Вызывает ожоги и некроз тканей
- Нарушает обмен веществ, действует на почки и печень
Особую опасность представляет то, что при попадании на кожу симптомы проявляются не сразу, а спустя несколько часов.
Первая помощь при отравлении
Если произошло отравление парами плавиковой кислоты, необходимо:
- Вывести пострадавшего из зоны заражения на свежий воздух
- Дать теплое питье и обеспечить покой
- При необходимости сделать искусственное дыхание
При попадании раствора кислоты на кожу:
- Немедленно промыть большим количеством воды
- Наложить повязку с 2-3% раствором глюконата кальция
- Срочно обратиться к врачу!
Требования при транспортировке и хранении
Из-за высокой опасности, при транспортировке и хранении плавиковой кислоты должны соблюдаться специальные требования:
- Использовать тару только из полиэтилена, полипропилена или фторопласта
- Исключить попадание прямых солнечных лучей
- Температура хранения не выше +30°С
Несоблюдение этих правил чревато разрушением упаковки и опасными последствиями.
