КАЛЦИЕВ ФЛУОРИД (CAF2): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На калциев флуорид е неорганични твърди съдържа калциев атом (Са) и два флуорни атома, (F). Химичната му формула е CaF ₂ и представлява кристално сивкаво-бяло твърдо вещество.

В природата се среща в минерала флуорит или флуорит. Съществува естествено в костите и зъбите. Минералът флуорит е основният източник, използван за получаване на други флуорни съединения.

Твърд CaF ₂ калциев флуорид. w: Потребител: Walkerma през юни 2005 г. Източник: Wikimedia Commons.

В допълнение, CaF ₂ се използва за предотвратяване на кариес на зъбите, поради което се добавя към материали, използвани от зъболекарите за тяхното излекуване. Всъщност калциев флуорид се добавя и към питейна вода (питейна вода), така че населението да се възползва от пиенето му и миенето на зъбите.

CaF ₂ се използва под формата на големи кристали в оптичното оборудване и камери. Използва се и в малки устройства, които се използват за откриване на колко човек е бил изложен на радиоактивност.

структура

Калциев флуорид CaF ₂ е йонно съединение, образувана от калциев Са ²⁺ катион и две флуорид F ^- аниони. Някои източници на информация обаче показват, че връзките им имат определен ковалентен характер.

Структура на калциев флуорид CaF ₂. Синьо: калций; Жълт флуор. Клаудио Пистили. Източник: Wikimedia Commons.

номенклатура

Калциев флуорид

Имоти

Физическо състояние

Безцветно до сивкаво-бяло твърдо вещество с кубична кристална структура.

Кубична кристална структура на CaF ₂. Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

Молекулно тегло

78,07 g / mol

Точка на топене

1418 ºC

Точка на кипене

2533 ºC

плътност

3,18 g / cm ³ при 20 ° C.

Рефракционен индекс

1.4328

разтворимост

Той е неразтворим във вода при 20 ° C. Почти неразтворим при 25 ° С: 0,002 g / 100 ml вода. Слабо разтворим в киселини.

Химични свойства

Неговите окислителни или редуциращи свойства са много слаби, но тези реакции могат да възникнат. Въпреки че, като цяло, в много малко случаи.

Той е инертен към органичните химикали и много киселини, включително HF флуороводородна киселина. Разтваря се бавно в азотна киселина HNO ₃.

Не е запалим. Не реагира бързо с въздух или вода.

Поради ниския си афинитет към водата, дори ако е изложена на висок процент на влажност, тя не я влияе дори до месец при нормална стайна температура.

При наличие на влажност стените на неговите кристали се разтварят бавно при температури над 600 ° C. В суха среда може да се използва до около 1000 ° C, без да се повлиява значително.

Присъствие в природата

Калциевият флуорид CaF ₂ се намира естествено в минералния флуорит или флуорспар.

Въпреки чист CaF ₂ е безцветен, минералната флуорит често оцветени с присъствието на електрони капан в "дупки" в кристалната структура.

Този минерал е високо ценен заради стъкления си блясък и разнообразието от цветове (лилаво, синьо, зелено, жълто, безцветно, кафяво, розово, черно и червеникаво оранжево). Твърди се, че е „най-цветният минерал в света“.

Флуорит от мина във Франция. Музей де Тулуза. Източник: Wikimedia Commons.

Флуорит (сини кристали) от Природния музей в Милано. Джовани Дал'Орто. Източник: Wikimedia Commons.

Флуорит от мина в Англия. Дидие Дескуен. Източник: Wikimedia Commons.

Флуорит от мина във Франция. Дидие Дескуен. Източник: Wikimedia Commons.

Флуорит от мина в САЩ. Автор: Юрема Оливейра. Източник: Wikimedia Commons.

Калциевият флуорид се намира и в костите в количества между 0,2 и 0,65%, а също и в емайла на зъбите в 0,33-0,59%.

Приложения

- При получаване на флуорни съединения

Минералът флуорит CaF ₂ е основният или мажоритарен източник на флуор в световен мащаб. Това е суровината за получаване на почти всички флуорни съединения.

Най-важният от тях е HF на флуороводородна киселина, от която се получават останалите флуорирани съединения. Флуоридният йон F ^- се освобождава от минерала, като го взаимодейства с концентрирана сярна киселина H ₂ SO ₄:

CaF ₂ (твърд) + H ₂ SO ₄ (течен) → CaSO ₄ (твърд) + 2 HF (газ)

- При грижата за зъбите

CaF ₂ калциев флуорид е средство за предотвратяване на кухини. Използва се за флуориране на питейна вода (вода, която може да се пие) за тази цел.

В допълнение, ниските концентрации на F ^- флуорид (от порядъка на 0,1 части на милион), използвани в пасти за зъби и вода за уста, са показали дълбок положителен ефект при кариесната профилактична стоматологична помощ.

Калциевият флуорид помага за предотвратяване на кухини. Автор: Анализи Батиста. Източник: Pixabay

CaF наночастици

Въпреки че флуоридите се използват в пасти за зъби и промивки, ниската концентрация на калций (Са) в слюнката означава, че отлаганията на CaF ₂ не се образуват върху зъбите възможно най-ефективно.

Ето защо начин да се получи CaF ₂ прах като наночастици е разработена.

За целта се използва спрей сушилня (от английски спрей-сушилня), при която два разтвора (един от калциев хидроксид Са (OH) ₂ и един от амониев флуорид NH ₄ F) се смесват, докато те се пръскат в камера с поток на горещ въздух.

Тогава възниква следната реакция:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (твърдо вещество) + NH ₄ OH

NH ₄ ОН volatilizes като NH ₃ и Н ₂ О и CAF ₂ наночастици остават.

Те имат висока реактивност и по-голяма разтворимост, което ги прави по-ефективни за реминерализиране на зъбите и като антикари.

- В лещи за оптично оборудване

Калциевият флуорид се използва за изграждане на оптични елементи, като призми и прозорци на инфрачервени и ултравиолетови (UV) светлинни спектрофотометри.

Тези устройства ни позволяват да измерваме количеството светлина, погълната от материал при преминаването му през него.

CaF ₂ е прозрачен в такива области на светлинния спектър, има индекс на пречупване изключително нисък и позволява по-ефективна разделителна способност от тази на NaCl в обхвата 1500-4000 cm ^{- 1}.

Благодарение на химическата си стабилност, той може да издържа на неблагоприятни условия, така че оптичните елементи CaF ₂ не са атакувани. Освен това има висока твърдост.

В камерите

Някои производители на фотокамери използват изкуствено кристализирани лещи CaF _{2, за} да намалят разсейването на светлината и да постигнат отлична корекция за изкривяване на цвета.

Някои камери имат калциев флуорид CaF ₂ лещи за намаляване на изкривяването на цвета. Бил Ебесен. Източник: Wikimedia Commons.

- В металургичната промишленост

CaF ₂ се използва като флюидиращ агент в металургичната промишленост, тъй като е източник на калций, неразтворим във вода и поради това е ефективен при кислородно чувствителни приложения.

Използва се за топене и обработка на желязо и стомана в течна форма. Това се основава на факта, че има точка на топене, подобна на тази на желязото, както и че може да разтваря оксиди и метали.

- В детектори за радиоактивност или опасно излъчване

CaF ₂ е термолуминесцентен материал. Това означава, че може да абсорбира излъчване в електроните на кристалната си структура и по-късно, когато се нагрява, да го освободи под формата на светлина.

Тази излъчена светлина може да бъде измерена чрез електрически сигнал. Този сигнал е пропорционален на количеството излъчване на получения материал. Това означава, че колкото по-голямо е количеството на полученото лъчение, толкова по-голямо е количеството светлина, което ще излъчва след нагряване.

Ето защо CaF ₂ се използва в така наречените лични дозиметри, които се използват от хора, изложени на опасна радиация и искат да знаят колко радиация са получили за определен период от време.

- Други приложения

- Използва се като катализатор при химични реакции на дехидратация и дехидрогениране за синтеза на органични съединения.

- Използва се в алкални електроди за заваряване. Получава се по-здрава заварка, отколкото при киселинни електроди. Тези електроди са полезни при производството на кораби и стоманени съдове с високо налягане.

- Като хранителна добавка в изключително ниски количества (ppm или части на милион).

Заваряване на човек. Електродите на калциев флуорид CaF ₂ образуват по-здрави заварки. Уилям М. Плейт-младши Източник: Wikimedia Commons.

Препратки

1. Pirmoradian, M. and Hooshmand, T. (2019). Реминерализация и антибактериални възможности на стоматологични нанокомпозити на базата на смола. Синтез и характеризиране на калциев флуорид (CaF ₂). В приложения на нанокомпозитни материали в стоматологията. Възстановени от sciencedirect.com.
2. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Калциев флуорид. Възстановени от pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Уеман, К. (2012). Ръчно заваряване на метална дъга (MMA) с покрити електроди. В Наръчник за заваръчни процеси (второ издание). Възстановени от sciencedirect.com.
4. Ханинг, М. и Ханинг, С. (2013). Нанобиоматериали в превантивната стоматология. Наноразреден калциев флуорид. В нанобиоматериали в клиничната стоматология. Възстановени от sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Група 17 (H, F, Cl, Br, I) алкалноземни съединения. Калциев флуорид. В енциклопедия на алкалоземните съединения. Възстановени от sciencedirect.com.
6. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
7. Вълкович, В. (2000). Измервания на радиоактивността. В радиоактивността в околната среда. Термолуминесцентни детектори (TLD). Възстановени от sciencedirect.com.