Галогендердің қосылыстарының ішінде – Д. И. Менделеевтің химиялық элементтерінің периодтық жүйесінің негізгі топшасының 7-ші тобының элементтері – фторид сутегінің практикалық маңызы зор. Басқа галогенсутектермен қатар халық шаруашылығының әртүрлі салаларында: құрамында фтори бар пластмассаларды, фторсутек қышқылын және оның тұздарын өндіру үшін қолданылады. Бұл жұмыста біз молекуланың құрылымын, осы заттың физикалық және химиялық қасиеттерін зерттеп, оны қолдану салаларын қарастырамыз.
Табу тарихы
XVII ғасырда К. Шванквард минералды фтор шпатымен және сульфат қышқылымен тәжірибе жасады. Ғалым реакция кезінде газдың бөлінетінін анықтады, ол реагенттер қоспасы бар пробирканы жабатын шыны пластинаны бұза бастады. Бұл газ тәрізді қосылыс фторид сутегі деп аталады.
Фторлы су қышқылы 19 ғасырда Гей-Бірдей шикізаттан люссак: флюорит және күкірт қышқылы. Ампер өз тәжірибелері арқылы ЖЖ молекуласының құрылымы хлорсутекке ұқсас екенін дәлелдеді. Бұл галогенсутектердің сулы ерітінділеріне де қатысты. Айырмашылықтар қышқылдардың беріктігіне қатысты: фторлы су әлсіз, ал хлорид күшті.
Физикалық қасиеттері
HF химиялық формуласы бар газдың өткір тән иісі бар, түссіз, ауадан сәл жеңіл. HI-HBr-HCl- галогенсутектерінің қатарында қайнау және балқу температуралары біркелкі өзгереді, ал HF-ге өткенде олар күрт жоғарылайды. Бұл құбылыстың түсіндірмесі келесідей: молекулалық фторид сутегі ассоциациялар түзеді (араларында сутегі байланыстары пайда болатын бейтарап бөлшектердің топтары). Оларды бұзу үшін қосымша энергия қажет, сондықтан қайнау және балқу температуралары артады. Газ тығыздығының көрсеткіштері бойынша қайнау температурасына жақын диапазонда (+19,5) фторид сутегі орташа құрамы HF2 толтырғыштардан тұрады. 25 оС жоғары қыздырғанда бұл комплекстер біртіндеп ыдырайды, ал шамамен 90 оС температурада фторид сутектен тұрады. HF молекулаларының саны.
Фторгидрид қалай өндіріледі
Затты біз жоғарыда айтқан зертханалық жағдайда емес, өнеркәсіпте алу әдістері іс жүзінде бір-бірінен ерекшеленбейді: реагенттер бірдей фтор шпаты (фторит) және сульфат қышқылы.
Кендері Приморье, Забайкалье, Мексика, АҚШ-та орналасқан пайдалы қазба алдымен флотациялық әдіспен байытылған, содан кейін технологиялық процесте қолданылады.арнайы болат пештерде орындалатын ЖЖ алу. Оларға кенді тиеп, сульфат қышқылымен араластырады. Байытылған кенде 55-60% флюорит бар. Пештің қабырғалары фторид сутегін ұстайтын қорғасын парақтарымен қапталған. Ол жуу колоннасында тазартылады, салқындатылады, содан кейін конденсацияланады. Фторид сутегін алу үшін электрмен жанама қыздырылатын айналмалы пештер қолданылады. HF шығыс массалық үлесі шамамен 0,98 құрайды, бірақ бұл процестің кемшіліктері бар. Бұл өте ұзақ және сульфат қышқылын көп тұтынуды қажет етеді.
ЖЖ молекулаларының полярлығы
Сусыз фторид сутегі бір-бірімен байланысу және агрегаттар түзу қабілеті бар бөлшектерден тұрады. Бұл молекуланың ішкі құрылымымен түсіндіріледі. Сутегі мен фтор атомдары арасында полярлық коваленттік байланыс деп аталатын күшті химиялық байланыс пайда болады. Ол неғұрлым электртеріс фтор атомына ауысқан жалпы электронды жұппен ұсынылған. Нәтижесінде фторгидрид молекулалары полярлы болып, диполь тәрізді болады.
Олардың арасында ассоциациялардың пайда болуына әкелетін электростатикалық тарту күштері пайда болады. Сутегі мен фтор атомдары арасындағы химиялық байланыстың ұзындығы 92 нм, ал энергиясы 42 кДж/моль. Газ күйінде де, сұйық күйде де зат H2F2, H түріндегі полимерлі қоспадан тұрады. 4 F4.
Химиялық қасиеттері
Сусыз фторид сутегінің тұздармен әрекеттесу қабілеті баркарбонат, силикат, нитрит және сульфид қышқылдары. Тотықтырғыш қасиеттерін көрсете отырып, HF жоғарыда аталған қосылыстарды көмірқышқыл газына, кремний тетрафторидіне, күкіртті сутек пен азот оксидтеріне дейін төмендетеді. Судағы 40% фторид сутегі ерітіндісі бетонды, шыныны, былғарыны, каучукты бұзады, сонымен қатар Cu2O сияқты кейбір оксидтермен әрекеттеседі. Өнімдерде бос мыс, мыс фториді және су кездеседі. ЖЖ реакцияға түспейтін заттар тобы бар, мысалы, ауыр металдар, сондай-ақ магний, темір, алюминий, никель.
Фторид сутегі ерітіндісі
Ол фторсутек қышқылы деп аталады және 40% және 72% ерітінділер түрінде қолданылады. Химиялық қасиеттері оның концентрациясына байланысты фторид сутегі суда шексіз ериді. Бұл жағдайда жылу бөлінеді, бұл процесті экзотермиялық деп сипаттайды. Күштілігі орташа қышқыл бола отырып, HF судағы ерітіндісі металдармен әрекеттеседі (алмасу реакциясы). Тұздар – фторидтер түзіліп, сутегі бөлінеді. Пассивті металдар фтор қышқылымен – платинамен және алтынмен, сондай-ақ қорғасынмен әрекеттеспейді. Қышқыл оны пассивтендіреді, яғни металл бетінде ерімейтін қорғасын фторидінен тұратын қорғаныс қабықшасын құрайды. HF судағы ерітіндісінде темір, мышьяк, күкірт диоксиді қоспалары болуы мүмкін, бұл жағдайда оны техникалық қышқыл деп атайды. Концентрлі 60% HF ерітіндісі органикалық синтез химиясында өте маңызды. Ол полиэтилен немесе тефлон контейнерлерде және үлкен тонналық фторда сақталадықышқыл болат цистерналарда тасымалданады.
Фтор қышқылының халық шаруашылығындағы рөлі
Фторид сутегі ерітіндісі қара және түсті металлургиядағы флюстердің құрамдас бөлігі болып табылатын аммоний бор фторидін алу үшін қолданылады. Ол таза бор алу үшін электролиз процесінде де қолданылады. Фторлы су қышқылы Na2SiF6 сияқты кремнийфторидтер өндірісінде қолданылады. Ол минералды қышқылдарға төзімді цементтер мен эмальдарды өндіру үшін қолданылады.
Флюстер құрылыс материалдарын су өткізбейтін етеді. Оларды пайдалану процесінде сақ болу керек, өйткені барлық кремнийфторидтер улы. ЖЖ-ның сулы ерітіндісі синтетикалық майлау майларын өндіруде де қолданылады. Минералды майлардан айырмашылығы, олар тұтқырлықты сақтайды және жұмыс бөліктерінің бетінде қорғаныш пленка жасайды: компрессорлар, редукторлар, мойынтіректер жоғары және төмен температурада. Судағы фторид сутегінің әйнекті оюлауда (маттауда), сондай-ақ кремнийді өңдеу үшін қолданылатын жартылай өткізгіш өнеркәсібінде үлкен маңызға ие.
Фторлы пластмассалар
Олардың ең танымалы - тефлон (фторопласт - 4). Ол кездейсоқ табылды. Фреондарды синтездеумен айналысқан органикалық химик Рой Планкетт аномальды төмен температурада сақталатын газ тәріздес этилен тетрахлориді бар цилиндрлерден газ емес, ақ ұнтақ, ұстағанда майлы болып табылды. Жоғары қысымда және төмен температурада екені белгілі болдытетрафторэтилен полимерленген.
Бұл реакция жаңа пластикалық массаның пайда болуына әкелді. Кейіннен ол тефлон деп аталды. Ол ерекше ыстыққа және аязға төзімділікке ие. Тефлонды жабындар тамақ және химия өнеркәсібінде, жабыспайтын қасиеттері бар ыдыстар өндірісінде сәтті қолданылады. Тіпті 70 оС фторопластикадан жасалған бұйымдар - 4 өз қасиеттерін жоғалтпайды. Тефлонның жоғары химиялық инерттілігі ерекше. Ол агрессивті заттармен - сілтілермен және қышқылдармен байланыста жойылмайды. Бұл нитрат және сульфат қышқылдары, аммоний гидроксиді, каустикалық сода алудың технологиялық процестерінде қолданылатын жабдықтар үшін өте маңызды. Фторопластиктердің құрамында қосымша компоненттер болуы мүмкін - шыны талшықтары немесе металдар сияқты модификаторлар, нәтижесінде олар өздерінің қасиеттерін өзгертеді, мысалы, ыстыққа төзімділік пен тозуға төзімділікті арттырады.
Фторид сутегінің диссоциациясы
Бұған дейін біз HF молекулаларында күшті коваленттік байланыс түзілетінін, сонымен қатар олардың өздері сутегі байланыстарын құра отырып, агрегаттарға қосыла алатынын айтқанбыз. Сондықтан фторид сутегінің диссоциациялану дәрежесі төмен және сулы ерітіндіде иондарға нашар бөлінеді. Фторлы су қышқылы хлоридке немесе бромидке қарағанда әлсіз. Оның диссоциациялануының бұл ерекшеліктері тұрақты, қышқыл тұздардың болуын түсіндіреді, ал хлорид те, йод та оларды түзбейді. Фторид сутегінің сулы ерітіндісінің диссоциациялану константасы 7x10-4, бұл оның ерітіндісінде диссоциацияланбаған заттардың көп болуын растайды.молекулалары және сутегі мен фтор иондарының аз мөлшері бар.
Фторгидридтің қауіптілігі қандай
Газ тәріздес және сұйық фторид сутегінің де улы екенін атап өткен жөн. Зат коды – 0342. Фтор қышқылының есірткілік қасиеті де бар. Оның адам ағзасына әсері туралы сәл кейінірек тоқталамыз. Жіктеуіште бұл зат, сондай-ақ сусыз фторгидрид екінші қауіптілік сыныбына жатады. Бұл, ең алдымен, фтор қосылыстарының оңай тұтану қабілетіне байланысты. Атап айтқанда, бұл қасиет әсіресе газ тәрізді фторид сутегі сияқты қосылыста көрінеді, оның өрт және жарылыс қаупі әсіресе жоғары.
Ауадағы фторид сутегінің деңгейін неліктен анықтау керек
Флоршпаттан және күкірт қышқылынан алынған ЖЖ өнеркәсіптік өндірісінде булары атмосфераға түсетін газ тәрізді өнім жоғалуы мүмкін. Еске салайық, фторид сутегі (қауіптілік класы екінші) өте улы зат болып табылады және оның концентрациясын үнемі өлшеуді қажет етеді. Өнеркәсіптік шығарындыларда зиянды және ықтимал қауіпті химиялық заттардың көп мөлшері бар, ең алдымен азот пен күкірт оксидтері, ауыр металдардың сульфидтері және газ тәрізді галоген сутектері. Олардың ішінде үлкен үлес фторид сутегіне келеді, оның атмосфералық ауадағы ШРК тәулігіне фтормен есептегенде 0,005 мг3 құрайды. Барабанды пештер орналасқан зауыт алаңдары үшін шекті рұқсат етілген концентрация (ШРК) 0,1 болуы керек.мг/м3.
Фторид сутегі газ анализаторлары
Атмосфераға қандай зиянды газдар және қанша мөлшерде түскенін білу үшін арнайы өлшеу құралдары бар. ЖЖ буларын анықтау үшін фотоколориметриялық газ анализаторлары пайдаланылады, оларда қыздыру шамдары да, жартылай өткізгіш жарық диодтары да сәулелену көзі ретінде пайдаланылады, ал фотодиодтар мен фототранзисторлар фотодетекторлар рөлін атқарады. Атмосфералық ауадағы фторид сутегін анықтау инфрақызыл газ анализаторларымен де жүргізіледі. Олар өте сезімтал. HF молекулалары 1-15 мкм диапазондағы ұзын толқынды сәулелерді сіңіреді. Атмосфералық ауада және өнеркәсіптік кәсіпорындардың жұмыс аймағында улы қалдықтарды анықтау үшін қолданылатын аспаптар рұқсат етілген норма шегінде де, оқшауланған төтенше жағдайларда да (техногендік апаттар, электрмен жабдықтаудың істен шығуы салдарынан технологиялық циклдердің бұзылуы) ЖЖ концентрациясының ауытқуын тіркейді., т.б.). Бұл функцияларды фторид сутегінің термокондуктометриялық газ анализаторлары орындайды. Бітіру кеші. олар ЖЖ жылу өткізгіштігінің газ қоспасының құрамына тәуелділігіне негізделген шығарындыларды ажыратады.
Фторгидридтің адам ағзасына зиянды әсері
Сусыз фторид сутегі де, оның судағы ерітіндісі болып табылатын фторсутек қышқылы да екінші қауіптілік класына жатады. Бұл қосылыстар әсіресе өмірлік маңызды жүйелерге теріс әсер етеді: жүрек-тамыр, экскреторлық, тыныс алу, сондай-ақ тері және шырышты қабаттар. Тері арқылы заттың енуібайқалмайды және симптомсыз өтеді. Токсикоз құбылыстары келесі күні пайда болуы мүмкін және олар қар көшкіні ретінде диагноз қойылады, атап айтқанда: тері жаралары, көздің шырышты қабатының бетінде күйген жерлер пайда болады. Өкпе тіндері альвеолалардың некротикалық зақымдалуына байланысты жойылады. Аралық сұйықтыққа енген фтор иондары содан кейін жасушаларға еніп, олардағы жүйке тінінің, қанның, сондай-ақ бүйрек түтікшелерінің - нефрондардың құрылымдарының бөлігі болып табылатын магний мен кальций бөлшектерін байланыстырады. Сондықтан атмосферадағы газ тәріздес фторид сутегі мен фтор қышқылының буларының құрамын мұқият бақылау өте өзекті.
