Fluorwasserstoff ist eine chemische Verbindung mit der chemischen Formel HF. Dieser farblose Gas oder Flüssigkeit ist die Hauptindustriefluorquelle, oft in der Form als wässrige Fluorwasserstoffsäure, und somit ist die Vorstufe zu vielen wichtigen Verbindungen, einschließlich Arzneimitteln und Polymere. HF ist weit verbreitet in der petrochemischen Industrie verwendet und ist ein Bestandteil von vielen Supersäuren. Fluorwasserstoff siedet Raumtemperatur, während die anderen Halogenwasserstoffe verdampfen bei viel niedrigeren Temperaturen. Im Gegensatz zu anderen Wasserstoffe, HF ist leichter als Luft und diffundiert relativ schnell durch die poröse Substanzen.

Fluorwasserstoff ist ein sehr gefährliches Gas, bildet korrosiven und durchdringenden Flusssäure bei Kontakt mit Gewebe. Das Gas kann auch zur Erblindung führen durch rasche Zerstörung der Hornhaut.

Französisch Chemiker Edmond Frémy ist mit der Entdeckung wasserfreiem Fluorwasser beim Versuch, Fluor isolieren gutgeschrieben, obwohl Carl Wilhelm Scheele vorbereitet Fluorwasserstoffsäure in großen Mengen im Jahre 1771, und dieser Säure wurde in der Glasindustrie, bevor dann bekannt.

Struktur

In der Nähe oder oberhalb der Raumtemperatur, ist HF ein farbloses Gas. Unter seinem Schmelzpunkt), HF Formen orthorhombischen Kristallen, die aus Zickzack-Ketten von HF-Moleküle. Die HF-Molekülen, mit einem kurzen H-F-Bindung von 95 pm, werden in benachbarten Molekülen durch intermolekulare H-F Abständen von 155 pm verbunden. Flüssigem HF besteht auch aus Ketten von HF-Moleküle, aber die Ketten sind kürzer, bestehend im Durchschnitt von nur fünf oder sechs Molekülen.

Wasserstoffbrücken

HF-Moleküle interagieren, über Wasserstoffbrücken, wodurch zusätzliche Clustering Assoziationen mit anderen HF-Moleküle. Dadurch verhält sich eher wie Fluorwasserstoff, als wasser wie andere Halogenwasserstoffe, wie HCl. Diese Wasserstoffbrücken zwischen HF-Moleküle führt zu einer hohen Viskosität in der flüssigen Phase und niedriger als erwartet Druck in der Gasphase. Fluorwasserstoff erst bei 20 ° C sieden, im Gegensatz zu den schwereren Halogenwasser sieden zwischen -85 ° C und -35 ° C.

Fluorwasserstoff wird mit Wasser mischbar, während die anderen Halogenwasserstoffe haben große Lücken Löslichkeit mit Wasser. Fluorwasserstoff und Wasser auch einige Verbindungen im Festkörper, insbesondere eine 1: 1-Verbindung, die nicht schmilzt, bis -40 ° C, die 44 ° C über dem Schmelzpunkt von reinem HF.

Säuregehalt

Im Gegensatz zu anderen Halogenwasserstoffsäuren wie Chlorwasserstoffsäure, Fluorwasserstoff nur eine schwache Säure in einer verdünnten wässrigen Lösung. Dies ist zum Teil eine Folge der Kraft der Wasserstoff Fluor-Bindung, aber andere Faktoren, wie die Tendenz von HF, H
2O und F-
 Anionen, Cluster zu bilden. Bei hohen Konzentrationen, HF Moleküle ihre Homoassoziation zu mehratomigen Ionen und Protonen zu bilden, wodurch die Säure stark erhöht. Dies führt zu einer Protonierung von sehr starker Säuren wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder bei der Verwendung von konzentrierter Fluorwasserstoffsäure-Lösungen. Obwohl Fluorwasserstoffsäure als schwache Säure betrachtet, ist es sehr korrosiv, auch angreifen, wenn Glas mit Feuchtigkeit versorgt.

Die Acidität Flußsäurelösungen variieren mit der Konzentration durch Wasserstoffbrücken-Wechselwirkungen zwischen dem Fluoridion. Verdünnte Lösungen schwach sauer mit einem sauren Dissoziationskonstante Ka = 6,6 · 10, im Gegensatz zu entsprechenden Lösungen der anderen Halogenwasserstoffe, die starke Säuren sind. Konzentrierte Lösungen von Fluorwasserstoff sind viel stärker sauer als die durch diesen Wert impliziert, wie durch Messungen der Hammett-Säurefunktion H0 gezeigt. Der H0 für 100% HF schätzungsweise zwischen -10.2 und -11, vergleichbar mit dem Wert -12 Schwefelsäure sein.

Im thermodynamischen Bedingungen, sind HF-Lösungen stark nicht ideal, wobei die Aktivität des HF Erhöhung viel schneller als seine Konzentration. Die schwache Säure in verdünnter Lösung wird manchmal auf die hohe HF Klebkraft, welche in der hohen Auflösung Enthalpie HF kombiniert, um den negativeren Hydratationsenthalpie des Fluoridions wiegen zurückzuführen. Jedoch Giguère und Turrell wurden durch Infrarotspektroskopie gezeigt, daß die vorherrschende gelösten Stoffspezies ist die Wasserstoffbrücken-Ionenpaar, was darauf hindeutet, dass die Ionisierung kann als ein Paar von aufeinanderfolgenden Gleichgewichte beschrieben werden:

Die erste Gleichgewicht liegt gut auf der rechten und der zweite auf der linken Seite, so dass HF extensiv dissoziiert, sondern dass die feste Ionenpaare verringern die thermodynamische Aktivitätskoeffizient H3O, so dass die Lösung effektiv weniger sauer.

In konzentrierter Lösung, die zusätzliche HF bewirkt, dass die Ionenpaar unter Ausbildung der Wasserstoff-gebundenen Wasserstoffionen difluoride dissoziieren.

Der Anstieg an freien H3O aufgrund dieser Reaktion erklärt die rasche Zunahme der Säure, während die Fluoridionen durch eine starke Wasserstoffbindung an HF stabilisiert HF2 bilden. Diese Wechselwirkung zwischen der Säure und ihrer eigenen konjugierte Base ist ein Beispiel für Homoassoziation. An der Grenze von 100% flüssigem HF, gibt es selbst Ionisierung

Welche Formen eine extrem saure Lösung.

Die Säure wasserfreiem HF kann noch weiter durch den Zusatz von Lewis-Säuren, wie SbF 5, die H0 bis -21 reduzieren, erhöht werden.

Lösungsmittel

Dry Fluorwasserstoff löst sich leicht niedervalenten Metallfluoriden sowie mehrere molekulare Fluoride. Viele Proteine ​​und Kohlenhydrate können in trockenem HF gelöst und von ihm zurückgewonnen werden. Im Gegensatz dazu sind die meisten nicht-Fluorid anorganische Chemikalien reagieren mit HF anstatt gelöst.

Herstellung und Verwendung

Fluorwasserstoff wird, wie durch die Einwirkung von Schwefelsäure auf reinen Qualitäten des Minerals Fluorit und auch als ein Nebenprodukt der Extraktion des Düngemittels Vorläufer Phosphorsäure aus verschiedenen Mineralien hergestellt. Siehe auch Flusssäure.

Der wasserfreie Fluorwasserstoff-Verbindung häufiger verwendet als die wässrige Lösung, Fluorwasserstoffsäure. HF dient als Katalysator bei Alkylierungsverfahren in Ölraffinerien. Eine Komponente hochoktanigem Benzin als "Alkylat" in Alkylierungseinheiten die C3- und C4-Olefine und iso-Butan zu kombinieren, um Benzin zu erzeugen, erzeugt wird.

HF ist ein reaktives Lösungsmittel in der elektrochemischen Fluorierung von organischen Verbindungen. In diesem Ansatz wird HF in der Gegenwart eines Kohlenwasserstoff oxidiert und das Fluor ersetzt C-H-Bindungen durch C-F-Bindungen. Perfluorierte Carbonsäuren und Sulfonsäuren werden in dieser Weise hergestellt.

Fluorwasserstoff ist ein wichtiger Katalysator in der Mehrheit der installierte lineare Alkylbenzol Produktion in der Welt eingesetzt. Das Verfahren beinhaltet die Dehydrierung von n-Paraffinen in Olefine und anschließende Reaktion mit Benzol unter Verwendung von HF als Katalysator.

Elementarem Fluor, F2, wird durch Elektrolyse einer Lösung von HF und Kaliumbifluorid hergestellt. Die Kaliumbifluorid ist erforderlich, da wasserfreiem Fluorwasser Wasserstoff nicht elektrischen Strom leiten. Mehrere Millionen Kilogramm F2 werden jährlich produziert.

Säurechloride oder Säureanhydride reagieren mit Fluorwasserstoff zu Acylfluoriden ergeben.

HF wird oft verwendet, um palynology Silikatmineralien zu entfernen, für die Extraktion von Dinoflagellaten-Zysten, Acritarchen und Chitinozoen.

1,1-Difluorethan durch das Quecksilber-katalysierte Addition von Fluorwasserstoff zu Acetylen:

Das Zwischenprodukt in diesem Verfahren ist, Vinylfluorid, das monomere percursor auf Polyvinylfluorid.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Bei Kontakt mit Feuchtigkeit, einschließlich Gewebe, wandelt Fluorwasserstoff sofort an Fluorwasserstoffsäure, die stark korrosiv und toxisch ist, und erfordert sofortige ärztliche Hilfe bei der Belichtung. Einatmen von Fluorwasserstoff in großen Mengen oder in Kombination mit Hautkontakt kann den Tod von einem unregelmäßigen Herzschlag oder von Flüssigkeitsansammlungen in der Lunge führen.