ФТОРИД КАЛЬЦИЯ (CAF2): СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024

Фторид кальция представляет собой неорганический твердый содержит атом кальция (Са) и два атома фтора (F). Его химическая формула - CaF _2, и это кристаллическое твердое вещество серовато-белого цвета.

В природе он содержится в минерале флюорите или плавиковом шпате. Он естественным образом присутствует в костях и зубах. Минерал флюорит - основной источник, используемый для получения других соединений фтора.

Твердый фторид кальция CaF ₂ . w: Пользователь: Walkerma, июнь 2005 г. Источник: Wikimedia Commons.

Кроме того, CaF ₂ используется для предотвращения разрушения зубов, поэтому его добавляют в материалы, используемые стоматологами для их лечения. Фактически, фторид кальция также добавляется в питьевую воду (питьевую воду), так что население получает пользу от его употребления и чистки зубов.

CaF ₂ используется в виде крупных кристаллов в оптическом оборудовании и камерах. Он также используется в небольших устройствах, которые используются для определения степени воздействия радиоактивности на человека.

Структура

Фторид кальция CaF ₂ представляет собой ионное соединение, образованное катионом кальция Ca ²⁺ и двумя анионами фторида F ^- . Однако некоторые источники информации указывают на то, что их ссылки носят определенный ковалентный характер.

Структура фторида кальция CaF ₂ . Синий: кальций; Желтый фтор. Клаудио Пистилли. Источник: Wikimedia Commons.

Номенклатура

Фторид кальция

свойства

Физическое состояние

Твердое вещество от бесцветного до серовато-белого цвета с кубической кристаллической структурой.

Кубическая кристаллическая структура CaF ₂ . Бендж-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.

Молекулярный вес

78,07 г / моль

Температура плавления

1418 ºC

Точка кипения

2533 ºC

плотность

3,18 г / см ³ при 20 ° С.

Показатель преломления

1,4328

Растворимость

Не растворяется в воде при 20 ° C. Практически нерастворим при 25 ° C: 0,002 г / 100 мл воды. Слабо растворим в кислотах.

Химические свойства

Его окислительные или восстанавливающие свойства очень слабые, однако эти реакции могут происходить. Хотя, в общем, в очень редких случаях.

Он инертен к органическим химическим веществам и многим кислотам, включая фтористоводородную кислоту HF. Медленно растворяется в азотной кислоте HNO ₃ .

Не горюч. Не реагирует быстро с воздухом или водой.

Из-за его низкого сродства к воде, даже если он подвергается воздействию высокого процента влажности, он не влияет на него даже в течение месяца при нормальной комнатной температуре.

В присутствии влажности стенки его кристаллов медленно растворяются при температуре выше 600 ° C. В сухих помещениях его можно использовать при температуре примерно до 1000 ° C без заметного воздействия.

Присутствие в природе

Фторид кальция CaF ₂ естественным образом содержится в минерале флюорите или плавиковом шпате.

Хотя чистый CaF ₂ бесцветен, минеральный флюорит часто окрашивается наличием электронов, захваченных в «дырках» в кристаллической структуре.

Этот минерал высоко ценится за свой стеклянный блеск и разнообразие цветов (фиолетовый, синий, зеленый, желтый, бесцветный, коричневый, розовый, черный и красновато-оранжевый). Считается, что это «самый цветной минерал в мире».

Флюорит из шахты во Франции. Muséum de Toulouse. Источник: Wikimedia Commons.

Флюорит (синие кристаллы) из Миланского музея природы. Джованни Далл'Орто. Источник: Wikimedia Commons.

Флюорит из шахты в Англии. Дидье Дескуэн. Источник: Wikimedia Commons.

Флюорит из шахты во Франции. Дидье Дескуэн. Источник: Wikimedia Commons.

Флюорит из шахты в США. Автор: Юрема Оливейра. Источник: Wikimedia Commons.

Фторид кальция также содержится в костях в количестве от 0,2 до 0,65%, а также в эмали зубов в количестве 0,33-0,59%.

Приложения

- При получении соединений фтора

Минерал флюорит CaF ₂ является основным или основным источником фтора во всем мире. Это сырье для получения почти всех соединений фтора.

Наиболее важным из них является фтористоводородная кислота HF, из которой получают другие фторированные соединения. Ион фтора F ^- высвобождается из минерала в результате его реакции с концентрированной серной кислотой H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (твердый) + H ₂ SO ₄ (жидкий) → CaSO ₄ (твердый) + 2 HF (газ)

- В уходе за зубами

Фторид кальция CaF ₂ - средство для профилактики кариеса. С этой целью он используется для фторирования питьевой воды (воды, которую можно пить).

Кроме того, низкие концентрации F ^- фторида (порядка 0,1 частей на миллион), используемые в зубных пастах и ​​жидкостях для полоскания рта, показали глубокий положительный эффект при профилактике кариеса зубов.

Фторид кальция помогает предотвратить кариес. Автор: Аннализ Батиста. Источник: Pixabay.

Наночастицы CaF

Хотя фториды используются в зубных пастах и ​​ополаскивателях, низкая концентрация кальция (Ca) в слюне означает, что отложения CaF ₂ не образуются на зубах настолько эффективно, насколько это возможно.

Именно поэтому был разработан способ получения порошка CaF _{2 в} виде наночастиц.

Для этого используется распылительная сушилка (от англ. Spray-dry), в которой два раствора (один гидроксида кальция Ca (OH) ₂ и один фторида аммония NH ₄ F) смешиваются при распылении в камере с потоком горячего воздуха.

Затем происходит следующая реакция:

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

NH ₄ OH улетучивается в виде NH ₃ и H ₂ O, а наночастицы CaF ₂ остаются .

Они обладают высокой реакционной способностью и большей растворимостью, что делает их более эффективными для реминерализации зубов и в качестве антикариеса.

- В линзах для оптического оборудования

Фторид кальция используется для создания оптических элементов, таких как призмы и окна спектрофотометров инфракрасного и ультрафиолетового (УФ) света.

Эти устройства позволяют нам измерять количество света, поглощаемого материалом, когда он проходит через него.

CaF ₂ прозрачен в таких областях светового спектра, имеет чрезвычайно низкий показатель преломления и обеспечивает более эффективное разрешение, чем у NaCl, в диапазоне 1500-4000 см ^{- 1} .

Благодаря своей химической стабильности он может выдерживать неблагоприятные условия, поэтому оптические элементы из CaF ₂ не подвергаются атакам. Он также имеет высокую твердость.

В камерах

Некоторые производители фотоаппаратов используют линзы из искусственно кристаллизованного CaF _2, чтобы уменьшить рассеяние света и добиться отличной коррекции искажения цвета.

В некоторых камерах есть линзы с фторидом кальция и CaF ₂ для уменьшения искажения цвета. Билл Эббесен. Источник: Wikimedia Commons.

- В металлургической промышленности

CaF ₂ используется в качестве флюса в металлургической промышленности, поскольку он является источником кальция, нерастворимым в воде и, следовательно, эффективным в приложениях, чувствительных к кислороду.

Он используется для плавки и обработки железа и стали в жидком виде. Это основано на том факте, что он имеет точку плавления, аналогичную температуре плавления железа, а также может растворять оксиды и металлы.

- В детекторах радиоактивности или опасного излучения

CaF ₂ - термолюминесцентный материал. Это означает, что он может поглощать излучение в электронах своей кристаллической структуры, а затем при нагревании выделять его в виде света.

Этот излучаемый свет можно измерить с помощью электрического сигнала. Этот сигнал пропорционален количеству излучения, полученного материалом. Это означает, что чем больше получено излучение, тем больше света он будет излучать после нагрева.

Вот почему CaF ₂ используется в так называемых персональных дозиметрах, которые используются людьми, которые подвергаются опасному облучению и хотят знать, сколько радиации они получили за определенный период времени.

- Другое использование

- Используется как катализатор в химических реакциях дегидратации и дегидрирования для синтеза органических соединений.

- Используется в щелочных сварочных электродах. Получается более прочный сварной шов, чем при использовании кислотных электродов. Эти электроды используются при производстве кораблей и стальных сосудов под высоким давлением.

- В качестве пищевой добавки в очень малых количествах (ppm или частей на миллион).

Сварка человек. Электроды из CaF _{2 из} фторида кальция образуют более прочные сварные швы. Уильям М. Плейт мл. Источник: Wikimedia Commons.

Ссылки

1. Пирморадян М. и Хушманд Т. (2019). Реминерализация и антибактериальные свойства стоматологических нанокомпозитов на основе смол. Синтез и характеристика фторида кальция (CaF ₂ ). В применении нанокомпозитных материалов в стоматологии. Восстановлено с sciencedirect.com.
2. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Фторид кальция. Получено с pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Веман, К. (2012). Ручная дуговая сварка металла (MMA) покрытыми электродами. Справочник по сварочным процессам (второе издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
4. Хэннинг, М. и Хэннинг, К. (2013). Нанобиоматериалы в профилактической стоматологии. Наноразмерный фторид кальция. В нанобиоматериалах в клинической стоматологии. Восстановлено с sciencedirect.com.
5. Ропп, RC (2013). Группа 17 (H, F, Cl, Br, I) Щелочноземельные соединения. Фторид кальция. В энциклопедии щелочноземельных соединений. Восстановлено с sciencedirect.com.
6. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
7. Валкович, В. (2000). Измерения радиоактивности. В радиоактивности в окружающей среде. Термолюминесцентные детекторы (ТЛД). Восстановлено с sciencedirect.com.