Гексафторкремниевая кислота
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Гексафторкремниевая кислота | |
| Систематическое название ИЮПАК Дигидрогексафторсиликат | |
| Другие имена Кремнефтористоводородная кислота, кремнефтористоводородная кислота, кремнефтористый кремний, кремнефтористая кислота, гексафторсиландиуд оксония, гексафторидсиликат оксония (2−) | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.037.289 |
| Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
| Номер RTECS |
|
| УНИИ |
|
| Номер ООН | 1778 |
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| F6H2Si | |
| Молярная масса | 144,091 г·моль −1 |
| Появление | прозрачная, бесцветная, дымящаяся жидкость |
| Запах | кислый, острый |
| Плотность | 1,22 г/см 3 (25% р-р) 1,38 г/см 3 (35% р-р) 1,46 г/см 3 (61% р-р) |
| Температура плавления | около 19 °C (66 °F; 292 K) (60–70% раствор) < −30 °C (−22 °F; 243 K) (35% раствор) |
| Точка кипения | 108,5 °C (227,3 °F; 381,6 K) (разлагается) |
| смешивающийся | |
| Кислотность ( pK a ) | 1,92 [1] |
Показатель преломления ( nD ) | 1.3465 |
| Структура | |
| Октаэдрический SiF 6 2− | |
| Опасности | |
| Маркировка СГС : | |
 | |
| Опасность | |
| H314 | |
| Р260 , Р264 , Р280 , Р301+Р330+Р331 , Р303+Р361+Р353 , Р304+Р340 , Р305+Р351+Р338 , Р310 , Р321 , Р363 , Р405 , Р501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Негорючий |
| Летальная доза или концентрация (ЛД, ЛК): | |
LD 50 ( средняя доза ) | 430 мг/кг (перорально, крыса) |
| Паспорт безопасности (SDS) | Внешний ПБС |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Гексафтортитановая кислота Гексафторцирконовая кислота |
Другие катионы | Гексафторсиликат аммония |
Родственные соединения | Гексафторфосфорная кислота Фторборная кислота |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Гексафторкремниевая кислота — неорганическое соединение с химической формулой H
2СиФ
6. Водные растворы гексафторкремниевой кислоты состоят из солей катиона и гексафторсиликатного аниона. Эти соли и их водные растворы бесцветны.
Гексафторкремниевая кислота производится естественным образом в больших масштабах в вулканах. [2] [3] Она производится как побочный продукт при производстве фосфатных удобрений . Полученная гексафторкремниевая кислота почти исключительно потребляется как предшественник трифторида алюминия и синтетического криолита , которые используются при переработке алюминия. Соли, полученные из гексафторкремниевой кислоты, называются гексафторосиликатами .
Структура
2SiF6,_ICSDcode_40388full.png){kind=link}
2SiF6,_ICSDcode_40388full.png/1280px-(H5O2)2SiF6,_ICSDcode_40388full.png)
Гексафторсиликатная кислота кристаллизовалась в виде различных гидратов. К ним относятся ( H 5 O 2 ) 2 SiF 6 , более сложный (H 5 O 2 ) 2 SiF 6 ·2H 2 O и (H 5 O 2 )(H 7 O 3 )SiF 6 ·4,5H 2 O. Во всех этих солях октаэдрический гексафторсиликатный анион связан водородными связями с катионами. [4]
Водные растворы гексафторкремниевой кислоты часто обозначаются как H
2СиФ
6.
Производство и основные реакции
Гексафторкремниевая кислота производится в промышленных масштабах из фторсодержащих минералов, которые также содержат силикаты. В частности, апатит и фторапатит обрабатываются серной кислотой для получения фосфорной кислоты , предшественника нескольких водорастворимых удобрений. Это называется процессом получения мокрой фосфорной кислоты . [5] В качестве побочного продукта, приблизительно 50 кг гексафторкремниевой кислоты производится на тонну HF из-за реакций с участием минеральных примесей, содержащих кремний. [6] : 3
Часть фтористого водорода (HF), полученного в ходе этого процесса, в свою очередь реагирует с примесями диоксида кремния (SiO 2 ), которые являются неизбежными компонентами минерального сырья, давая тетрафторид кремния . Образованный таким образом тетрафторид кремния далее реагирует с HF. [ необходима цитата ] Чистый процесс можно описать следующим образом: [7] [ необходима страница ]
- 6HF + SiO2 → SiF2−6+ 2 Н 3 О +
Гексафторкремниевую кислоту можно также получить путем обработки тетрафторида кремния плавиковой кислотой. [7]
Реакции
Гексафторкремниевая кислота стабильна только в фтороводороде или кислых водных растворах. В любых других обстоятельствах она действует как источник плавиковой кислоты . Так, например, гексафторкремниевая кислота в чистом виде или в растворе олеума выделяет тетрафторид кремния до тех пор, пока остаточный фтороводород не восстановит равновесие: [7]
- H 2 SiF 6 ⇌ 2 HF( l ) + SiF 4 ( г )
В щелочно-нейтральных водных растворах гексафторкремниевая кислота легко гидролизуется до анионов фторида и аморфного гидратированного кремнезема («SiO 2 »). Сильные основания сначала дают фторсиликатные соли, но любой стехиометрический избыток начинает гидролиз. [7] При концентрациях, обычно используемых для фторирования воды , происходит 99% гидролиза: [6] [8]
- СиФ2−
6 + 2H2O → 6F− + SiO2 + 4H +
Щелочные и щелочноземельные соли
Нейтрализация растворов гексафторкремниевой кислоты основаниями щелочных металлов приводит к образованию соответствующих фторсиликатных солей щелочных металлов:
- H 2 SiF 6 + 2 NaOH → Na 2 SiF 6 + 2 H 2 O
Полученная соль Na2SiF6 в основном используется при фторировании воды . Аналогичным образом производятся родственные соли аммония и бария для других применений. При комнатной температуре 15-30% концентрированная гексафторкремниевая кислота вступает в аналогичные реакции с хлоридами , гидроксидами и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов . [9]
Например, гексафторсиликат натрия может быть получен путем обработки хлорида натрия ( NaCl ) гексафторкремниевой кислотой: [6] : 3 [10] : 7
- 2NaCl + H2SiF6 27 °С→ Na2SiF6 ↓ + 2HCl
- BaCl2 + H2SiF6 27 °С→ BaSiF6 ↓ + 2 HCl
Нагревание гексафторсиликата натрия дает тетрафторид кремния : [10] : 8
- Na2SiF6 >400 °С→ SiF4 + 2 NaF
Использует
Большая часть гексафторкремниевой кислоты преобразуется во фторид алюминия и синтетический криолит . Эти материалы играют центральную роль в преобразовании алюминиевой руды в металлический алюминий . Преобразование в трифторид алюминия описывается следующим образом: [7]
- H 2 SiF 6 + Al 2 O 3 → 2 AlF 3 + SiO 2 + H 2 O
Гексафторкремниевая кислота также преобразуется в различные полезные гексафторсиликатные соли. Калиевая соль, фторосиликат калия , используется в производстве фарфора, магниевая соль для затвердевшего бетона и в качестве инсектицида, а бариевые соли для фосфора.
Гексафторкремниевая кислота и ее соли используются в качестве консервантов древесины . [11]
Рафинирование свинца
Гексафторкремниевая кислота также используется в качестве электролита в электролитическом процессе Беттса для очистки свинца.
Удалители ржавчины
Гексафторкремниевая кислота (на этикетке обозначена как гидрофторкремниевая кислота) вместе с щавелевой кислотой являются активными ингредиентами, используемыми в чистящих средствах для удаления ржавчины Iron Out , которые по сути являются разновидностями стирального порошка .
Нишевые приложения
H 2 SiF 6 — специализированный реагент в органическом синтезе для расщепления связей Si–O в силиловых эфирах . Он более реактивен для этой цели, чем HF. Он реагирует быстрее с t - бутилдиметилсилиловыми ( TBDMS ) эфирами, чем с триизопропилсилиловыми ( TIPS ) эфирами. [12]
Обработка бетона
Нанесение гексафторкремниевой кислоты на богатую кальцием поверхность, такую как бетон, придаст этой поверхности некоторую устойчивость к воздействию кислоты. [13]
- CaCO 3 + H 2 O → Ca 2+ + 2 OH − + CO 2
- H2SiF6 → 2H + + SiF2−
6 - СиФ2−
6 + 2H2O → 6F− + SiO2 + 4H + - Ca2 + + 2F− → CaF2
Фторид кальция (CaF 2 ) — нерастворимое твердое вещество, устойчивое к кислотам.
Натуральные соли
Некоторые редкие минералы, встречающиеся либо в вулканических, либо в угольных фумаролах, являются солями гексафторкремниевой кислоты. Примерами являются гексафторсиликат аммония , который в природе встречается в двух полиморфах: криптогалите и барарите . [14] [15] [16]
Безопасность
Гексафторкремниевая кислота может выделять фтористый водород (HF) при испарении, поэтому она имеет схожие риски. Вдыхание паров может вызвать отек легких . Как и фтористый водород, она разъедает стекло и керамику . [17] Значение LD 50 гексафторкремниевой кислоты составляет 430 мг/кг. [6]
Смотрите также
Ссылки
- ^ Perrin, D. D., ред. (1982) [1969]. Константы ионизации неорганических кислот и оснований в водных растворах . Химические данные ИЮПАК (2-е изд.). Oxford: Pergamon (опубликовано в 1984 г.). Запись 91. ISBN 0-08-029214-3. LCCN 82-16524.
- ^ Палаче, К., Берман, Х. и Фрондель, К. (1951) Система минералогии Даны, том II: Галогениды, нитраты, бораты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, арсенаты, вольфраматы, молибдаты и т. д. John Wiley and Sons, Inc., Нью-Йорк, 7-е издание.
- ^ Энтони, Дж. В., Бидо, Р. А., Блад, К. В. и Николс, М. К. (1997) Справочник по минералогии, том III: Галогениды, гидроксиды, оксиды. Издательство Mineral Data, Тусон.
- Барарит
- Криптогалит
- ^ Аб Моотц, Д.; Оллерс, Э.-Дж. (1988). «Кристаллические гидраты гексафторкремниевой кислоты: комбинированное фазово-аналитическое и структурное исследование». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 559 : 27–39 . doi :10.1002/zaac.19885590103.
- ^ USGS. Плавиковый шпат.
- ^ abcd "Гексафторсиликат натрия [CASRN 16893-85-9] и фторкремниевая кислота [CASRN 16961-83-4] Обзор токсикологической литературы" (PDF) . Национальная токсикологическая программа (США) . Архивировано (PDF) из оригинала 22 октября 2012 г. . Получено 13 июля 2017 г. .
- ^ abcde Aigueperse, J.; Mollard, P.; Devilliers, D.; Chemla, M.; Faron, R.; Romano, R.; Cuer, JP (2005). "Соединения фтора, неорганические". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a11_307. ISBN 978-3527306732.
- ^ Финни, Уильям Ф.; Уилсон, Эрин; Каллендер, Эндрю; Моррис, Майкл Д.; Бек, Ларри В. (2006). «Повторное исследование гидролиза гексафторсиликата с помощью 19 F ЯМР и измерения pH». Environ. Sci. Technol . 40 (8): 2572– 2577. Bibcode : 2006EnST...40.2572F. doi : 10.1021/es052295s. PMID 16683594.
- ^ Хоффман CJ, Гутовски HS, Шумб WC, Брек DW (1953). Тетрафторид кремния . Неорганические синтезы. Т. 4. С. 147– 8. doi :10.1002/9780470132357.ch47.
- ^ ab Us Granted A345458, Keith, C. Hansen & L. Yaws, Carl, "Patent Silicon tetrafluoride generation", опубликовано 3 января 1982 г., выпущено в 1982 г.
- ^ Карстен Май, Хольгер Милиц (2004). «Модификация древесины с помощью кремниевых соединений. неорганические кремниевые соединения и золь-гель системы: обзор». Wood Science and Technology . 37 (5): 339. doi :10.1007/s00226-003-0205-5. S2CID 9672269.
- ^ Pilcher, AS; DeShong, P. (2001). "Фторкремниевая кислота". Энциклопедия реагентов для органического синтеза . John Wiley & Sons. doi :10.1002/047084289X.rf013. ISBN 0471936235.
- ^ Свойства бетона А.М. Невилла
- ^ «Криптогалит».
- ^ "Барарит".
- ^ Крушевский, Лукаш; Фабьянска, Моника Ю.; Сегит, Томаш; Кусы, Данута; Мотылинский, Рафал; Цесельчук, Юстина; Депутат Ева (2020). «Азотуглеродистые соединения, спирты, меркаптаны, монотерпены, ацетаты, альдегиды, кетоны, SF6, PH3 и другие пожарные газы в отвалах угледобывающих предприятий Верхнесилезского угольного бассейна (Польша) – повторное исследование методами in situ Подход к внешней базе данных FTIR». Наука об общей окружающей среде . 698 : 134274. Бибкод : 2020ScTEn.698m4274K. doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.134274. PMID 31509784. S2CID 202563638.
- ^ "Кремнефтористоводородная кислота – Международные карты химической безопасности". NIOSH . Получено 10.03.2015 .
