กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) เป็นสารละลายที่ละลายไฮโดรเจนฟลูออไร กรดนี้ได้มาจากปฏิกิริยาของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับแร่ฟลูออไรต์ (CaF 2 ) เป็นหลัก แร่จะถูกย่อยสลายโดยการกระทำของกรดและน้ำที่เหลือจะละลายก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์
ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์นั่นคือไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่ปราศจากน้ำสามารถกลั่นได้จากน้ำที่เป็นกรดเดียวกันนี้ ขึ้นอยู่กับปริมาณของก๊าซที่ละลายจะได้รับความเข้มข้นที่แตกต่างกันดังนั้นผลิตภัณฑ์กรดไฮโดรฟลูออริกที่มีจำหน่ายในท้องตลาด
ที่ความเข้มข้นน้อยกว่า 40% จะมีลักษณะเป็นผลึกแยกไม่ออกจากน้ำ แต่ที่ความเข้มข้นสูงกว่าจะให้ไอระเหยของไฮโดรเจนฟลูออไรด์สีขาวออกมา กรดไฮโดรฟลูออริกเป็นหนึ่งในสารเคมีที่ก้าวร้าวและอันตรายที่สุด
มันสามารถ "กิน" วัสดุเกือบทุกชนิดที่สัมผัสได้ตั้งแต่แก้วเซรามิกส์และโลหะไปจนถึงหินและคอนกรีต แล้วเก็บไว้ในภาชนะอะไร? ในขวดพลาสติกโพลีเมอร์สังเคราะห์จะเฉื่อยต่อการกระทำของมัน
สูตร
สูตรของไฮโดรเจนฟลูออไรด์คือ HF แต่กรดไฮโดรฟลูออริกนั้นแสดงอยู่ในตัวกลางที่เป็นน้ำ HF (aq) เพื่อแยกความแตกต่างจากในอดีต
ดังนั้นกรดไฮโดรฟลูออริกจึงถือได้ว่าเป็นไฮเดรตของไฮโดรเจนฟลูออไรด์และนี่คือแอนไฮไดรด์
โครงสร้าง
กรดในน้ำทุกตัวมีความสามารถในการสร้างไอออนในปฏิกิริยาสมดุล ในกรณีของกรดไฮโดรฟลูออริกมันเป็นที่คาดว่าคู่ของไอออน H 3 O +และ F -ที่มีอยู่ในการแก้ปัญหา
ไอออน F -อาจสร้างพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งมากกับหนึ่งในไฮโดรเจนในไอออนบวก (FHO + -H 2 ) สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมกรดไฮโดรฟลูออริกจึงเป็นกรด Bronsted ที่อ่อนแอ (ผู้บริจาคโปรตอน H + ) แม้จะมีปฏิกิริยาสูงและเป็นอันตราย นั่นคือในน้ำจะไม่ปล่อย H +มากนักเมื่อเทียบกับกรดอื่น ๆ (HCl, HBr หรือ HI)
อย่างไรก็ตามในกรดไฮโดรฟลูออริกเข้มข้นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์จะมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะทำให้พวกมันหลุดออกไปในเฟสของก๊าซได้
นั่นคือภายในน้ำพวกมันสามารถโต้ตอบได้ราวกับว่าพวกมันอยู่ในแอนไฮไดรด์เหลวดังนั้นจึงสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างกัน พันธะไฮโดรเจนเหล่านี้สามารถหลอมรวมเป็นโซ่เชิงเส้น (HFHFHF- …) ที่ล้อมรอบด้วยน้ำ
ในภาพด้านบนอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่ใช้ร่วมกันซึ่งมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามของพันธะ (HF :) โต้ตอบกับโมเลกุล HF อื่นเพื่อประกอบโซ่
คุณสมบัติ
เนื่องจากกรดไฮโดรฟลูออริกเป็นสารละลายในน้ำคุณสมบัติจึงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแอนไฮไดรด์ที่ละลายในน้ำ HF ละลายในน้ำได้มากและดูดความชื้นได้สามารถผลิตสารละลายได้หลากหลาย: ตั้งแต่เข้มข้นมาก (มีควันและมีโทนสีเหลือง) ไปจนถึงเจือจางมาก
เมื่อความเข้มข้นลดลง HF (ac) จะมีคุณสมบัติคล้ายกับน้ำบริสุทธิ์มากกว่าของแอนไฮไดรด์ อย่างไรก็ตามพันธะไฮโดรเจน HFH นั้นแข็งแกร่งกว่าพันธะในน้ำ H 2 O-HOH
ทั้งสองอยู่ร่วมกันอย่างกลมกลืนในสารละลายทำให้จุดเดือดเพิ่มขึ้น (สูงถึง105ºC) ในทำนองเดียวกันความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อแอนไฮไดรด์ HF ละลายมากขึ้น มิฉะนั้นสารละลาย HF (ac) ทั้งหมดจะมีกลิ่นที่รุนแรงและระคายเคืองและไม่มีสี
การเกิดปฏิกิริยา
แล้วพฤติกรรมการกัดกร่อนของกรดไฮโดรฟลูออริกเกิดจากอะไร? คำตอบอยู่ในพันธะ HF และความสามารถของอะตอมฟลูออรีนในการสร้างพันธะโควาเลนต์ที่เสถียรมาก
ฟลูออรีนเป็นอะตอมที่เล็กมากและเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นกรดลิวอิสที่มีฤทธิ์แรง นั่นคือมันแยกออกจากไฮโดรเจนเพื่อจับกับสิ่งมีชีวิตที่ให้อิเล็กตรอนมากกว่าในราคาพลังงานต่ำ ตัวอย่างเช่นสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาจเป็นโลหะเช่นซิลิกอนที่มีอยู่ในแว่นตา
SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O
ถ้าพลังงานการแยกตัวของพันธะ HF สูง (574 kJ / mol) เหตุใดจึงแตกตัวในปฏิกิริยา คำตอบนั้นมีการเคลื่อนไหวมากเกินไปโครงสร้างและมีพลัง โดยทั่วไปยิ่งผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาน้อยเท่าไหร่ก็ยิ่งได้รับการสนับสนุนการก่อตัวมากขึ้นเท่านั้น
เกิดอะไรขึ้นกับ F -ในน้ำ? ในสารละลายเข้มข้นของกรดไฮโดรฟลูออริกโมเลกุล HF อีกโมเลกุลหนึ่งสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับ F -ของทั้งคู่ได้
ผลนี้ในการสร้างไอออน difluoride -ซึ่งมีสภาพเป็นกรดมาก นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการสัมผัสทางกายภาพใด ๆ จึงเป็นอันตรายอย่างยิ่ง การสัมผัสเพียงเล็กน้อยสามารถสร้างความเสียหายให้กับร่างกายได้ไม่รู้จบ
มีมาตรฐานและโปรโตคอลความปลอดภัยมากมายสำหรับการจัดการที่เหมาะสมดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นกับผู้ที่ใช้กรดนี้
การประยุกต์ใช้งาน
เป็นสารประกอบที่มีการใช้งานมากมายในอุตสาหกรรมการวิจัยและในกิจการผู้บริโภค
- กรดไฮโดรฟลูออริกสร้างอนุพันธ์อินทรีย์ที่แทรกแซงกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ของอลูมิเนียม
- ใช้ในการแยกไอโซโทปของยูเรเนียมเช่นเดียวกับในกรณีของยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ (UF 6 ) ในทำนองเดียวกันใช้ในการสกัดการแปรรูปและการกลั่นโลหะหินและน้ำมันนอกจากนี้ยังใช้ในการยับยั้งการเจริญเติบโตและการกำจัดเชื้อรา
- คุณสมบัติการกัดกร่อนของกรดถูกนำมาใช้ในการแกะสลักและแกะสลักผลึกโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีน้ำค้างแข็งโดยใช้เทคนิคการแกะสลัก
- ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ซิลิโคนโดยมีการใช้งานหลายอย่างในการพัฒนาคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีสารสนเทศโดยรับผิดชอบในการพัฒนามนุษย์
- ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์เป็นน้ำยาทำความสะอาดใช้เป็นน้ำยาล้างแม่พิมพ์บนเซรามิกส์
- นอกเหนือจากการทำหน้าที่เป็นตัวกลางในปฏิกิริยาเคมีบางชนิดแล้วกรดไฮโดรฟลูออริกยังใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับการทำให้โลหะบริสุทธิ์และสารที่ซับซ้อนมากขึ้น
- มีส่วนร่วมในกระบวนการแปรรูปน้ำมันและอนุพันธ์ซึ่งอนุญาตให้มีการจัดหาตัวทำละลายเพื่อใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดและกำจัดไขมัน
- ใช้ในการสร้างตัวแทนสำหรับการชุบและการเคลือบผิว
- ผู้บริโภคใช้ผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่กรดไฮโดรฟลูออริกมีส่วนร่วมในการทำอย่างละเอียด ตัวอย่างเช่นผลิตภัณฑ์บางอย่างที่จำเป็นสำหรับการดูแลรถยนต์ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดเฟอร์นิเจอร์ชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์และเชื้อเพลิงรวมถึงผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
อ้างอิง
- PubChem (2018) กรดไฮโดรฟลูออริก สืบค้นเมื่อ 3 เมษายน 2561 จาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- กาดวัน. (16 เมษายน 2556). กรดที่กินทะลุทุกอย่างจริงๆ สืบค้นเมื่อ 3 เมษายน 2018 จาก: chronicleflask.com
- วิกิพีเดีย (28 มีนาคม 2561). กรดไฮโดรฟลูออริก สืบค้นเมื่อ 3 เมษายน 2561 จาก: en.wikipedia.org.
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (ฉบับที่ 4, หน้า 129, 207-249, 349, 407) Mc Graw Hill
- กรดไฮโดรฟลูออริก musc แพทย์มหาวิทยาลัยเซาท์แคโรไลนา สืบค้นเมื่อ 3 เมษายน 2561 จาก: Academicdepartments.musc.edu