แคลเซียมฟลูออไรด์ (CAF2): โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - กายภาพ - 2026

แคลเซียมฟลูออไรเป็นอนินทรีประกอบด้วยของแข็งอะตอมแคลเซียม (Ca) และสองอะตอมฟลูออรีน (F) สูตรทางเคมีของมันคือ CaF ₂และเป็นผลึกของแข็งสีขาวอมเทา

ในธรรมชาติพบได้ในแร่ฟลูออไรต์หรือฟลูออรีน มีอยู่ตามธรรมชาติในกระดูกและฟัน แร่ฟลูออไรต์เป็นแหล่งหลักที่ใช้ในการได้รับสารประกอบฟลูออรีนอื่น ๆ

แคลเซียมฟลูออไรด์ CaF _{2 ที่}เป็นของแข็ง w: ผู้ใช้: Walkerma ในเดือนมิถุนายน 2548 ที่มา: Wikimedia Commons.

นอกจากนี้ CaF ₂ยังใช้ในการป้องกันฟันผุซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้มีการเพิ่มวัสดุที่ทันตแพทย์ใช้ในการรักษา ในความเป็นจริงแคลเซียมฟลูออไรด์ยังถูกเติมลงในน้ำดื่ม (น้ำดื่ม) เพื่อให้ประชากรได้รับประโยชน์จากการกินเข้าไปและแปรงฟัน

CaF ₂ใช้ในรูปของผลึกขนาดใหญ่ในอุปกรณ์ออปติกและกล้องถ่ายรูป นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ใช้ในการตรวจจับว่าบุคคลได้รับกัมมันตภาพรังสีมากเพียงใด

โครงสร้าง

แคลเซียมฟลูออไรด์ CaF ₂เป็นสารประกอบไอออนิกที่เกิดจากแคลเซียม Ca ²⁺ไอออนบวกและฟลูออไรด์ F ^-แอนไอออนสองตัว อย่างไรก็ตามแหล่งข้อมูลบางแห่งระบุว่าลิงก์ของพวกเขามีลักษณะโควาเลนต์บางอย่าง

โครงสร้างของแคลเซียมฟลูออไรด์ CaF ₂ . สีน้ำเงิน: แคลเซียม; ฟลูออรีนสีเหลือง. Claudio Pistilli ที่มา: Wikimedia Commons

ศัพท์เฉพาะ

แคลเซียมฟลูออไรด์

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งไม่มีสีถึงเทา - ขาวที่มีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์

โครงสร้างลูกบาศก์คริสตัลของ CaF ₂ . เบนจาห์-bmm27 ที่มา: Wikimedia Commons

น้ำหนักโมเลกุล

78.07 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

1418 ºC

จุดเดือด

2533 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น

3.18 g / cm ³ที่ 20 ° C

ดัชนีหักเห

1.4328

การละลาย

ไม่ละลายในน้ำที่ 20 ° C เกือบไม่ละลายที่ 25 ° C: 0.002 g / 100 mL ของน้ำ ละลายได้เล็กน้อยในกรด

คุณสมบัติทางเคมี

คุณสมบัติการออกซิไดซ์หรือการรีดิวซ์นั้นอ่อนแอมากอย่างไรก็ตามปฏิกิริยาเหล่านี้อาจเกิดขึ้น แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วในบางกรณี

มันเฉื่อยต่อสารอินทรีย์และกรดหลายชนิดรวมทั้งกรดไฮโดรฟลูออริก HF มันละลายช้าลงในกรดไนตริก HNO 3

ไม่ติดไฟ ไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศหรือน้ำอย่างรวดเร็ว

เนื่องจากความใกล้ชิดกับน้ำต่ำแม้ว่าจะมีความชื้นสูง แต่ก็ไม่ส่งผลกระทบต่อน้ำแม้ในอุณหภูมิห้องปกตินานถึงหนึ่งเดือน

เมื่อมีความชื้นผนังผลึกจะละลายช้าที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 ° C ในสภาพแวดล้อมที่แห้งสามารถใช้งานได้สูงถึงประมาณ 1,000 ° C โดยไม่ได้รับผลกระทบอย่างน่าชื่นชม

มีอยู่ในธรรมชาติ

แคลเซียมฟลูออไรด์ CaF ₂พบได้ตามธรรมชาติในแร่ฟลูออไรต์หรือฟลูออไรด์

แม้ว่า CaF ₂บริสุทธิ์จะไม่มีสี แต่แร่ฟลูออไรต์มักมีสีจากการมีอิเล็กตรอนติดอยู่ใน "รู" ในโครงสร้างผลึก

แร่ธาตุนี้ได้รับการยกย่องอย่างสูงสำหรับความมันวาวและความหลากหลายของสี (สีม่วงสีฟ้าสีเขียวสีเหลืองสีน้ำตาลสีชมพูสีดำและสีส้มอมแดง) ว่ากันว่าเป็น "แร่ที่มีสีมากที่สุดในโลก"

ฟลูออไรต์จากเหมืองในฝรั่งเศส Muséum de Toulouse ที่มา: Wikimedia Commons

ฟลูออไรต์ (ผลึกสีน้ำเงิน) จากพิพิธภัณฑ์ธรรมชาติมิลาน Giovanni Dall'Orto ที่มา: Wikimedia Commons

ฟลูออไรต์จากเหมืองในอังกฤษ Didier Descouens ที่มา: Wikimedia Commons

ฟลูออไรต์จากเหมืองในฝรั่งเศส Didier Descouens ที่มา: Wikimedia Commons

ฟลูออไรต์จากเหมืองในสหรัฐอเมริกา ผู้แต่ง: Jurema Oliveira ที่มา: Wikimedia Commons

แคลเซียมฟลูออไรด์ยังพบในกระดูกในปริมาณระหว่าง 0.2 ถึง 0.65% และในเคลือบฟันใน 0.33-0.59%

การประยุกต์ใช้งาน

- ในการได้รับสารประกอบฟลูออรีน

แร่ฟลูออไรต์ CaF ₂เป็นแหล่งฟลูออรีนพื้นฐานหรือส่วนใหญ่ทั่วโลก เป็นวัตถุดิบในการเตรียมสารประกอบฟลูออรีนเกือบทั้งหมด

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกรดไฮโดรฟลูออริก HF ซึ่งเตรียมสารประกอบฟลูออรีนอื่น ๆ ฟลูออไรด์ไอออน F ^-ถูกปล่อยออกจากแร่โดยทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (ของแข็ง) + H ₂ SO ₄ (ของเหลว) → CaSO ₄ (ของแข็ง) + 2 HF (ก๊าซ)

- ในการดูแลฟัน

CaF ₂แคลเซียมฟลูออไรด์เป็นตัวแทนในการป้องกันฟันผุ ใช้ในการดื่มฟลูออไรเดต (น้ำที่สามารถดื่มได้) เพื่อการนี้

นอกจากนี้ความเข้มข้นต่ำของ F ^-ฟลูออไรด์(ตามลำดับ 0.1 ส่วนต่อล้าน) ที่ใช้ในยาสีฟันและน้ำยาบ้วนปากแสดงให้เห็นว่ามีผลดีอย่างมากในการดูแลสุขภาพฟันเชิงป้องกัน

แคลเซียมฟลูออไรด์ช่วยในการป้องกันฟันผุ ผู้แต่ง: Annalize Batista ที่มา: Pixabay

อนุภาคนาโนของ CaF

แม้ว่าจะใช้ฟลูออไรด์ในยาสีฟันและน้ำยาล้าง แต่แคลเซียม (Ca) ในน้ำลายที่มีความเข้มข้นต่ำหมายความว่าการสะสมของ CaF ₂จะไม่ก่อตัวบนฟันอย่างมีประสิทธิภาพเท่าที่จะทำได้

นั่นคือเหตุผลที่วิธีการรับผง CaF ₂เนื่องจากอนุภาคนาโนได้รับการคิดค้นขึ้น

สำหรับสิ่งนี้จะใช้เครื่องเป่าสเปรย์ (จากเครื่องพ่นสเปรย์ภาษาอังกฤษ) โดยใช้สารละลายสองตัว (หนึ่งในแคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca (OH) ₂และหนึ่งในแอมโมเนียมฟลูออไรด์ NH ₄ F) ผสมกันในขณะที่ฉีดพ่นในห้องที่มีการไหล ของอากาศร้อน

จากนั้นปฏิกิริยาต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (ของแข็ง) + NH ₄ OH

NH ₄ OH volatilizes เป็น NH ₃และ H ₂ O และร้าน₂อนุภาคนาโนที่ยังคงอยู่

มีความสามารถในการทำปฏิกิริยาสูงและมีความสามารถในการละลายได้ดีกว่าซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการปรับสภาพฟันใหม่และเป็นสารต่อต้าน

- ในเลนส์สำหรับอุปกรณ์ออปติก

แคลเซียมฟลูออไรด์ใช้ในการสร้างองค์ประกอบทางแสงเช่นปริซึมและหน้าต่างของเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์แสงอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต (UV)

อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้เราสามารถวัดปริมาณแสงที่ดูดซับโดยวัสดุเมื่อผ่านมัน

Caf ₂มีความโปร่งใสในภูมิภาคดังกล่าวของคลื่นแสงที่มีดัชนีหักเหต่ำมากและช่วยให้มีการลงมติมีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่าที่ของโซเดียมคลอไรด์ในช่วง 1500-4000 ซม. ^- 1

ด้วยความเสถียรทางเคมีจึงสามารถทนต่อสภาวะที่ไม่พึงประสงค์ได้ดังนั้นองค์ประกอบแสง CaF ₂จึงไม่ถูกโจมตี นอกจากนี้ยังมีความแข็งสูง

ในกล้อง

ผู้ผลิตกล้องถ่ายภาพบางรายใช้เลนส์ CaF _{2 ที่}ตกผลึกเทียมเพื่อลดการกระเจิงของแสงและแก้ไขความผิดเพี้ยนของสีได้อย่างดีเยี่ยม

กล้องบางรุ่นมีเลนส์แคลเซียมฟลูออไรด์ CaF ₂เพื่อลดความผิดเพี้ยนของสี Bill Ebbesen ที่มา: Wikimedia Commons

- ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา

CaF ₂ใช้เป็นสารฟลักซ์ในอุตสาหกรรมโลหะเนื่องจากเป็นแหล่งของแคลเซียมที่ไม่ละลายในน้ำจึงมีประสิทธิภาพในการใช้งานที่ไวต่อออกซิเจน

ใช้ในการหลอมและแปรรูปเหล็กและเหล็กกล้าในรูปของเหลว สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่ามันมีจุดหลอมเหลวคล้ายกับเหล็กและยังสามารถละลายออกไซด์และโลหะได้

- ในเครื่องตรวจจับกัมมันตภาพรังสีหรือรังสีอันตราย

CaF ₂เป็นวัสดุทนความร้อน ซึ่งหมายความว่ามันสามารถดูดซับรังสีในอิเล็กตรอนของโครงสร้างผลึกของมันและต่อมาเมื่อได้รับความร้อนจะปล่อยออกมาเป็นแสง

แสงที่ปล่อยออกมานี้สามารถวัดได้ด้วยสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณนี้เป็นสัดส่วนกับปริมาณรังสีที่วัสดุได้รับ หมายความว่ายิ่งได้รับรังสีมากเท่าไหร่ปริมาณแสงก็จะยิ่งมากขึ้นหลังจากได้รับความร้อน

นั่นคือเหตุผลที่ CaF ₂ใช้ในสิ่งที่เรียกว่าเครื่องวัดปริมาณรังสีส่วนบุคคลซึ่งใช้โดยผู้ที่สัมผัสกับรังสีที่เป็นอันตรายและต้องการทราบว่าพวกเขาได้รับรังสีเท่าใดในช่วงเวลาหนึ่ง

- การใช้งานอื่น ๆ

- ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาทางเคมีของการคายน้ำและการคายน้ำสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์

- ใช้ในขั้วไฟฟ้าเชื่อมอัลคาไลน์ ได้รับการเชื่อมที่แข็งแรงกว่าด้วยอิเล็กโทรดกรด อิเล็กโทรดเหล่านี้มีประโยชน์ในการผลิตเรือและภาชนะเหล็กแรงดันสูง

- เป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารในปริมาณที่ต่ำมาก (ppm หรือส่วนต่อล้าน)

คนเชื่อม. ขั้วไฟฟ้าแคลเซียมฟลูออไรด์ CaF _{2 ทำให้}รอยเชื่อมแข็งแรงขึ้น วิลเลียมเอ็มเพลทจูเนียร์ ที่มา: Wikimedia Commons

อ้างอิง

1. Pirmoradian, M. และ Hooshmand, T. (2019). Remineralization และความสามารถในการต้านเชื้อแบคทีเรียของสารนาโนทางทันตกรรมที่ทำจากเรซิน การสังเคราะห์และลักษณะของแคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF ₂ ) ในการประยุกต์ใช้วัสดุนาโนคอมโพสิตทางทันตกรรม. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
2. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019) แคลเซียมฟลูออไรด์. กู้คืนจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2555). การเชื่อมอาร์กโลหะด้วยมือ (MMA) ด้วยอิเล็กโทรดเคลือบ ในคู่มือกระบวนการเชื่อม (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. Hanning, M. และ Hanning, C. (2013). วัสดุนาโนไบโอในทันตกรรมป้องกัน. แคลเซียมฟลูออไรด์นาโน ในวัสดุนาโนไบโอในทันตกรรมคลินิก. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). กลุ่ม 17 (H, F, Cl, Br, I) สารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ แคลเซียมฟลูออไรด์. ในสารานุกรมของสารประกอบอัลคาไลน์เอิร์ ธ . กู้คืนจาก sciencedirect.com.
6. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
7. วัลโควิช, V. (2000). การวัดกัมมันตภาพรังสี ในกัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อม เครื่องตรวจจับความร้อน (TLDs) กู้คืนจาก sciencedirect.com.