ФТОРИД КАЛЬЦІЮ (CAF2): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ФІЗИЧНІ - 2025

Фторид кальцію являє собою неорганічний твердий містить атом кальцію (Са) і два атоми фтору (F). Його хімічна формула - CaF ₂ і являє собою кристалічне сірувато-біле тверде речовина.

У природі він міститься в мінеральному флюориті або фтороспарі. Він природним чином існує в кістках і зубах. Мінеральний фторит є основним джерелом, яке використовується для отримання інших сполук фтору.

Твердий CaF ₂ фторид кальцію . w: Користувач: Walkerma у червні 2005 року. Джерело: Wikimedia Commons.

Крім того, CaF ₂ використовується для запобігання руйнування зубів, саме тому його додають до матеріалів, що використовуються стоматологами для їх вилікування. Насправді фторид кальцію також додають у питну воду (питну воду), так що населенню вигідно пити його та чистити зуби.

CaF ₂ використовується у вигляді великих кристалів в оптичному обладнанні та камерах. Він також використовується в невеликих пристроях, які використовуються для виявлення того, наскільки людина зазнала радіоактивності.

Будова

Фторид кальцію CaF ₂ - це іонна сполука, утворена катіоном кальцію Са ²⁺ та двома фторидними F ^- аніонами . Однак деякі джерела інформації вказують на те, що їх зв’язки мають певний ковалентний характер.

Структура фториду кальцію CaF ₂ . Синій: кальцій; Жовтий фтор. Клаудіо Пістіллі. Джерело: Wikimedia Commons.

Номенклатура

Фторид кальцію

Властивості

Фізичний стан

Безбарвне до сірувато-білого твердого речовини з кубічною кристалічною структурою.

Кубічна кристалічна структура CaF ₂ . Benjah-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Молекулярна маса

78,07 г / моль

Точка плавлення

1418 ºC

Точка кипіння

2533 ºC

Щільність

3,18 г / см ³ при 20 ° С.

Показник заломлення

1.4328

Розчинність

Він нерозчинний у воді при 20 ° С. Майже нерозчинний при 25 ° С: 0,002 г / 100 мл води. Слабо розчинний у кислотах.

Хімічні властивості

Його окислювальні або відновні властивості дуже слабкі, проте ці реакції можуть відбуватися. Хоча, загалом, у дуже мало випадках.

Він інертний до органічних хімічних речовин і багатьох кислот, включаючи HF фтороводородну кислоту. Він повільно розчиняється в азотній кислоті HNO ₃ .

Він не горючий. Він не швидко реагує з повітрям або водою.

Через низьку спорідненість до води, навіть якщо вона піддається високому відсотку вологості, вона не впливає на неї навіть до місяця при нормальній кімнатній температурі.

За наявності вологості стінки його кристалів повільно розчиняються при температурі понад 600 ° С. У сухих умовах його можна використовувати до температури близько 1000 ° C, не зазнаючи значного впливу.

Присутність у природі

Фторид кальцію CaF ₂ міститься природним чином у мінеральному флюориті або фтороспарі.

Хоча чистий CaF ₂ є безбарвним, мінеральний флюорит часто забарвлюється наявністю електронів, захоплених у «дірках» кристалічної структури.

Цей мінерал дуже цінується за його склоподібний блиск та різноманітність кольорів (фіолетовий, синій, зелений, жовтий, безбарвний, коричневий, рожевий, чорний та червонувато-помаранчевий). Кажуть, що це "найфарбованіший мінерал у світі".

Флуорит із шахти у Франції. Музей де Тулуза. Джерело: Wikimedia Commons.

Флуорит (сині кристали) з Міланського природного музею. Джованні Дал'Орто. Джерело: Wikimedia Commons.

Флуорит із шахти в Англії. Дідьє Дескуен. Джерело: Wikimedia Commons.

Флуорит із шахти у Франції. Дідьє Дескуен. Джерело: Wikimedia Commons.

Флуорит із шахти в США. Автор: Юрема Олівейра. Джерело: Wikimedia Commons.

Фторид кальцію міститься також у кістках у кількості від 0,2 до 0,65%, а також в емалі зубів у 0,33-0,59%.

Програми

- При отриманні сполук фтору

Мінеральний фторит CaF ₂ є основним або мажоритарним джерелом фтору у всьому світі. Це сировина для приготування майже всіх фторних сполук.

Найважливішим з них є фтороводородна кислота HF, з якої готуються інші фторовані сполуки. Іон фтору F ^- звільняється від мінералу шляхом взаємодії його з концентрованою сірчаною кислотою H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (твердий) + H ₂ SO ₄ (рідкий) → CaSO ₄ (твердий) + 2 HF (газ)

- У догляді за зубами

Фторид кальцію CaF ₂ - засіб для профілактики порожнин. Для цього використовується фторування питної води (води, яку можна пити).

Крім того, показано , що низькі концентрації F ^- фтору (порядком 0,1 част на мільйон), використовуваних у зубних пастах та порожнинах рота, надають глибокий позитивний ефект при профілактиці карієсу.

Фторид кальцію допомагає у профілактиці порожнин. Автор: Annalize Batista. Джерело: Pixabay.

Наночастинки CaF

Хоча фтори використовуються в зубних пастах і полосканнях, низька концентрація кальцію (Са) в слині означає, що відкладення CaF ₂ на зубах не утворюються максимально ефективно.

Ось чому був розроблений спосіб отримання порошку CaF _{2 у} вигляді наночастинок.

Для цього використовується розпилювальна сушарка (від англ. Спрей-сушарка), де два розчини (один із гідроксиду кальцію Са (OH) ₂ та один з фториду амонію NH ₄ F) змішуються, коли вони розпорошуються в камері з потоком гарячого повітря.

Тоді відбувається наступна реакція:

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

NH ₄ OH випаровується у вигляді NH ₃ та H ₂ O, а наночастинки CaF ₂ залишаються .

Вони мають високу реакційну здатність і більшу розчинність, що робить їх більш ефективними для ремінералізації зубів і як протикашльових препаратів.

- В лінзах для оптичного обладнання

Фторид кальцію застосовується для побудови оптичних елементів, таких як призми та вікна спектрофотометрів інфрачервоного та ультрафіолетового (УФ) світла.

Ці пристрої дозволяють вимірювати кількість світла, поглиненого матеріалом при проходженні через нього.

CaF ₂ прозорий у таких областях світлового спектру, має надзвичайно низький показник заломлення та забезпечує більш ефективну роздільну здатність, ніж NaCl, у діапазоні 1500-4000 см ^{- 1} .

Завдяки хімічній стійкості він може протистояти несприятливим умовам, тому оптичні елементи CaF ₂ не піддаються нападу. Він також має високу твердість.

У камерах

Деякі виробники фотокамер використовують штучно кристалізовані лінзи CaF ₂ для зменшення розсіювання світла та досягнення відмінної корекції спотворення кольорів.

Деякі камери мають лінзи CaF _{2 з} фторидом кальцію, щоб зменшити спотворення кольорів. Білл Еббесен. Джерело: Wikimedia Commons.

- У металургійній галузі

CaF ₂ використовується як флюсуючий засіб у металургійній промисловості, оскільки він є джерелом кальцію, нерозчинного у воді, а тому ефективний при застосуванні, чутливому до кисню.

Застосовується для плавки та переробки заліза та сталі в рідкому вигляді. Це ґрунтується на тому, що в ньому температура плавлення схожа на температуру заліза, а також у тому, що вона може розчиняти оксиди та метали.

- У детекторах радіоактивності чи небезпечного випромінювання

CaF ₂ - це термолюмінесцентний матеріал. Це означає, що він може поглинати випромінювання в електронах своєї кристалічної структури і пізніше, нагріваючись, вивільняти його у вигляді світла.

Це випромінюване світло можна виміряти електричним сигналом. Цей сигнал пропорційний кількості випромінювання отриманого матеріалу. Це означає, що чим більша кількість одержуваного випромінювання, тим більша кількість світла, яке воно випромінює після нагрівання.

Ось чому CaF ₂ використовується в так званих особистих дозиметрах, які використовуються людьми, які піддаються небезпечному випромінюванню і хочуть знати, скільки радіації вони отримали за певний проміжок часу.

- Інше використання

- Використовується як каталізатор при хімічних реакціях дегідратації та дегідрування для синтезу органічних сполук.

- Він використовується в лужних зварювальних електродах. Виходить міцніший зварювальний шар, ніж з кислотними електродами. Ці електроди корисні при виробництві кораблів і сталевих посудин високого тиску.

- як дієтична добавка в надзвичайно низьких кількостях (проміле або частки на мільйон).

Людина зварювання. Електроди з фторидом кальцію CaF ₂ утворюють міцніші зварні шви. Вільям М. Плейт-молодший. Джерело: Wikimedia Commons.

Список літератури

1. Пірморадян, М. та Хушманд, Т. (2019). Ремінералізація та антибактеріальні можливості зубних нанокомпозитів на основі смоли. Синтез та характеристика фториду кальцію (CaF ₂ ). У застосуваннях нанокомпозитних матеріалів у стоматології. Відновлено з sciencedirect.com.
2. Національна медична бібліотека США. (2019). Фторид кальцію. Відновлено з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Веман, К. (2012). Ручне зварювання металевої дуги (ММА) покритими електродами. У посібнику з зварювальних процесів (друге видання). Відновлено з sciencedirect.com.
4. Ханнінг, М. та Ханнінг, C. (2013). Нанобіоматеріали в превентивній стоматології. Нанорозмір фториду кальцію. У нанобіоматеріалах клінічної стоматології. Відновлено з sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Група 17 (H, F, Cl, Br, I) лужноземельних сполук. Фторид кальцію. В Енциклопедії лужноземельних сполук. Відновлено з sciencedirect.com.
6. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
7. Валькович, В. (2000). Вимірювання радіоактивності. В радіоактивності в навколишньому середовищі. Термолюмінесцентні детектори (TLD). Відновлено з sciencedirect.com.