Фторид кальция

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Фторид кальция ( флюорит, плавиковый шпат, дифторид кальция, двуфтористый кальций) — неорганическое бинарное ионное химическое соединение. Химическая формула CaF₂.

Физические свойства

Бесцветные диамагнитные кристаллы (в измельчённом состоянии — белые). До температуры 1151 °C существует α-CaF₂ с кубической решеткой (а = 0,54626 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), выше 1151 °C — разупорядоченная модификация тетрагональной сингонии, температура плавления у этой модификации — 1418 °C.

Плохо растворим в воде (16 мг/л при 18 °C).

Получение

В природе CaF₂ встречается в виде минерала флюорита (плавиковый шпат), который содержит до 90-95 % CaF₂ и 3,5-8 % SiO₂. Это хрупкий и мягкий минерал с большой вариацией в цвете: бесцветный, белый, жёлтый, оранжевый, красный, бурый, зелёный, зеленовато-голубой, фиолетово-синий, серый, пурпурный, синевато-чёрный, розовый и малиновый. Окраска связана с примесями хлора, железа, урана, дефектами кристаллической структуры, которая весьма тонко реагирует на нагревание. Является основным источником фтора в мире. Мировое производство ~4,5 млн т/год (1983 год).

В лабораторных условиях фторид кальция обычно получают из карбоната кальция и плавиковой кислоты:

$𝖢𝖺𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥\stackrel{}{\to }𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Чисто теоретический интерес представляет способ получения непосредственно из простых веществ:

$𝖢𝖺\mathsf{+}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\stackrel{}{\to }𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}$

Разбавленная плавиковая кислота взаимодействует с оксидом кальция:

$𝖢𝖺𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥\stackrel{}{\to }𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Фторид кальция можно получить обменными реакциями, например:

$𝖢𝖺𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}𝖥\stackrel{}{\to }𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}𝖢𝗅$

Химические свойства

Фторид кальция химически относительно пассивен. При высокой температуре подвергается гидролизу:

$𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{800^{o}C}{\to }𝖢𝖺𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥$

$𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\stackrel{1450^{o}C}{\to }𝖢𝖺𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥$

Разлагается концентрированной серной кислотой, что используется в промышлености для получения HF:

$𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\stackrel{130-200^{o}C}{\to }𝖢𝖺𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥\mathsf{\uparrow }$

При избытке HF образует сложный кристаллогидрат:

$𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{}{\to }𝖢𝖺\mathsf{(}𝖧{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\cdot }\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\downarrow }$

При температуре в 600—700 °C фторид лития реагирует с оксидом кальция, давая на выходе оксид лития и фторид кальция:

$\mathrm{𝟤}𝖫𝗂𝖥\mathsf{+}𝖢𝖺𝖮\stackrel{600-700^{o}C}{\to }𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖫{𝗂}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Фторид лития с насыщенным раствором гидроксида кальция реагирует образовывая гидроксид лития и фторид кальция:

$\mathrm{𝟤}𝖫𝗂𝖥\mathsf{+}𝖢𝖺\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\stackrel{}{\to }𝖢𝖺{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖫𝗂𝖮𝖧$

Применение

Фторид кальция является основным источником фтора и его соединений. Начиная с конца 1990-х годов добывалось ~5 млн тонн данного вещества в год.

Фторид кальция является компонентом металлургических флюсов, специальных стекол, эмалей, керамики, оптических и лазерных материалов. Он также используется в качестве флюса при плавке и переработке жидких чугуна и стали.

В лаборатории фторид кальция широко применяется в качестве оптического материала для инфракрасного и ультрафиолетового излучений, а также как материал с чрезвычайно низким показателем преломления. В первые годы 21-го века цена на рынке фторида кальция упала, и многие крупные заводы были закрыты. Canon и другие производители используют синтетически выращенные кристаллы фторида кальция в качестве компонентов в объективах, уменьшающих рассеивание света.

Применяется в стоматологии, для глубокого фторирования – насыщения твердых тканей зуба минеральными соединениями, путём обработки(очистка, просушивание струёй воздуха зуба и нанесение) поврежденных мест. Благодаря этому, терапевтический эффект по сравнению с применением фторлаков, усиливается в 100 раз.

Отличные механические, технические и эксплуатационные характеристики в сочетании с прозрачностью в широком спектральном диапазоне, высокой оптической однородностью, высокой радиационной устойчивостью позволяют использовать оптические монокристаллы фторида кальция в:

• Микроскопии,
• Квантовой и силовой оптике,
• Инфракрасной технике,
• Спектрофотометрии,
• Фурье-спектроскопии,
• Рентгеновской технике,
• Космотехнике,
• Астрономии,
• Голографии.

Монокристаллы используются для изготовления окон, призм, линз и других оптических деталей, работающих в диапазоне излучения от ультрафиолетового до инфракрасного. Оптические детали из фторида кальция используются без защитных покрытий.

Опасность применения

Фторид кальция считается относительно безвредным в силу его малой растворимости в воде. Ситуация схожа и с BaSO₄, где токсичность, обычно связанная с Ba²⁺, компенсируется очень низкой растворимостью сульфата.

Ультратонкие плёнки

Тонкие кристаллические плёнки CaF₂ толщиной несколько нанометров находят применение в качестве барьерных слоёв в твердотельных структурах, включая резонансно-туннельные диоды (для ямы используется кремний или фторид кадмия). Кроме того, рассматриваются варианты задействования таких плёнок в полевых транзисторах с изолированным затвором различных архитектур, вместо традиционного для микроэлектроники материала SiO₂ и high-k-оксидов.

Слои фторида при этом выращиваются методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках кристаллического кремния; высокое качество обеспечивается благодаря близости постоянных решётки Si и CaF₂.

См. также

• Флюорит