FLUORID VÁPENATÝ (CAF2): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE - FYZICKÝ - 2026

Fluorid vápenatý je anorganická pevná látka obsahuje atóm vápnika (Ca) a dva atómy fluóru (F). Jeho chemický vzorec je CaF ₂ a je to kryštalická sivobiela tuhá látka.

V prírode sa vyskytuje v minerálnom fluorite alebo fluorite. Prirodzene sa vyskytuje v kostiach a zuboch. Minerálny fluorit je hlavným zdrojom používaným na získavanie ďalších zlúčenín fluóru.

Pevné CaF ₂ fluorid vápenatý . w: Používateľ: Walkerma v júni 2005. Zdroj: Wikimedia Commons.

Okrem toho sa CaF ₂ používa na prevenciu zubného kazu, a preto sa pridáva do materiálov používaných zubnými lekármi na ich liečenie. V skutočnosti sa fluorid vápenatý pridáva aj do pitnej vody (pitnej vody), takže obyvateľstvo má úžitok z jeho pitia a čistenia zubov.

CaF ₂ sa používa vo forme veľkých kryštálov v optických zariadeniach a kamerách. Používa sa tiež v malých zariadeniach, ktoré sa používajú na zisťovanie toho, ako veľmi bola osoba vystavená rádioaktivite.

štruktúra

Fluorid vápenatý CaF ₂ je iónová zlúčenina tvorená vápnika Ca ²⁺ katión a dvoma fluoridových F ^- aniónov . Niektoré zdroje informácií však naznačujú, že ich prepojenia majú určitý kovalentný charakter.

Štruktúra fluoridu vápenatého CaF ₂ . Modrá: vápnik; Žltý fluór. Claudio Pistilli. Zdroj: Wikimedia Commons.

názvoslovie

Fluorid vápenatý

vlastnosti

Fyzický stav

Bezfarebná až sivobiela tuhá látka s kryštalickou kryštalickou štruktúrou.

Kubickú kryštálovú štruktúru CaF ₂ . Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Molekulová hmotnosť

78,07 g / mol

Bod topenia

1418 ° C

Bod varu

2533 ° C

Hustota

3,18 g / cm ³ pri 20 ° C

Index lomu

1,4328

rozpustnosť

Pri 20 ° C je nerozpustný vo vode. Takmer nerozpustný pri 25 ° C: 0,002 g / 100 ml vody. Mierne rozpustný v kyselinách.

Chemické vlastnosti

Jeho oxidačné alebo redukčné vlastnosti sú veľmi slabé, môžu sa však vyskytnúť tieto reakcie. Aj keď všeobecne, vo veľmi malom počte prípadov.

Je inertný voči organickým chemikáliám a mnohým kyselinám vrátane kyseliny fluorovodíkovej. To sa pomaly rozpúšťa v kyseline dusičnej HNO ₃ .

Nie je horľavý. Nereaguje rýchlo so vzduchom alebo vodou.

Vďaka nízkej afinite k vode, aj keď je vystavená vysokému percentu vlhkosti, neovplyvňuje ju ani pri bežnej izbovej teplote ani jeden mesiac.

V prítomnosti vlhkosti sa steny jeho kryštálov rozpúšťajú pomaly pri teplotách nad 600 ° C. V suchom prostredí môže byť použitý až do asi 1000 ° C bez toho, aby bol výrazne ovplyvnený.

Prítomnosť v prírode

Fluorid vápenatý CaF ₂ sa prirodzene vyskytuje v minerálnom fluorite alebo fluorite.

Aj keď čistý CaF ₂ je bezfarebný a minerálne fluorit je často zafarbená prítomnosti elektrónov uväznených v "diery" v kryštálovej štruktúre.

Tento minerál je vysoko cenený pre svoj sklovitý lesk a rôzne farby (fialová, modrá, zelená, žltá, bezfarebná, hnedá, ružová, čierna a červenkastá oranžová). Hovorí sa, že je to „najfarebnejší minerál na svete“.

Fluorit z bane vo Francúzsku. Muséum de Toulouse. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit (modré kryštály) z Prírodovedného múzea v Miláne. Giovanni Dall'Orto. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit z bane v Anglicku. Didier Descouens. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit z bane vo Francúzsku. Didier Descouens. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit z bane v USA. Autor: Jurema Oliveira. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorid vápenatý sa tiež nachádza v kostiach v množstve medzi 0,2 a 0,65% a tiež v sklovine zubov v 0,33 až 0,59%.

aplikácia

- Pri získavaní zlúčenín fluóru

Minerálny fluorit CaF ₂ je základným alebo majoritným zdrojom fluóru na celom svete. Je to surovina na prípravu takmer všetkých zlúčenín fluóru.

Najdôležitejšou z nich je kyselina fluorovodíková HF, z ktorej sa pripravujú ďalšie fluórované zlúčeniny. Fluoridový ion F ^- je uvoľnený z minerálnej reakciou s koncentrovanou kyselinou sírovou, H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (pevná látka) + H ₂ SO ₄ (kvapalný) → CaSO ₄ (pevná látka) + 2 HF (plyn)

- V starostlivosti o zuby

Fluorid vápenatý CaF ₂ je činidlo na prevenciu dutín. Používa sa na fluoridáciu pitnej vody (pitnej vody) na tento účel.

Okrem toho sa preukázalo , že nízke koncentrácie F ^- fluoridu (rádovo 0,1 dielu na milión) používaných v zubných pastách a ústnych vodách majú zásadný pozitívny účinok v preventívnej zubnej starostlivosti o zubný kaz.

Fluorid vápenatý pomáha pri prevencii dutín. Autor: Annalize Batista. Zdroj: Pixabay.

Nanočastice CaF

Aj keď sa používajú fluoridy v zubných pastách a plákania, nízka koncentrácia vápnika (Ca) v slinách prostriedky, ktoré CaF ₂ usadeniny nie sú vytvorené na zuboch tak účinne, ako je to možné.

To je dôvod, prečo spôsob, ako získať CaF ₂ prášok ako nanočastice bol navrhnutý .

Pre tento účel sa používa rozprašovacie sušička (z angličtiny rozprašovacej sušiarni), kde dvaja roztoky (jedna z hydroxidu vápenatého Ca (OH) ₂ a jeden z fluoridu amónneho NH ₄ F) sa zmieša v čase, keď sa postriekajú v komore s tokom horúceho vzduchu.

Potom nastane nasledujúca reakcia:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (pevná látka) + NH ₄ OH

NH ₄ OH vyparuje ako NH ₃ a H ₂ O a CaF ₂ nanočastíc zostávajú .

Majú vysokú reaktivitu a väčšiu rozpustnosť, vďaka čomu sú účinnejšie pri remineralizácii zubov a ako anticary.

- V šošovkách pre optické zariadenia

Fluorid vápenatý sa používa na vytváranie optických prvkov, ako sú hranoly a okná infračervených a ultrafialových (UV) svetelných spektrofotometrov.

Tieto zariadenia nám umožňujú merať množstvo svetla absorbovaného materiálom, keď ním prechádza.

CaF ₂ je transparentný v týchto oblastiach svetelného spektra, má index lomu veľmi nízka a umožňuje efektívnejšie riešenie, ako je NaCl v rozmedzí 1500-4000 cm ^{- 1} .

Vďaka svojej chemickej stabilite vydrží nepriaznivé podmienky, takže optické prvky CaF ₂ nie sú napadnuté. Má tiež vysokú tvrdosť.

Vo fotoaparátoch

Niektorí výrobcovia fotografických fotoaparátov používajú umelo kryštalizované šošovky CaF ₂ na zníženie rozptylu svetla a dosiahnutie vynikajúcej korekcie farebného skreslenia.

Niektoré fotoaparáty majú šošovky CaF _{2 z} fluoridu vápenatého na zníženie skreslenia farieb. Bill Ebbesen. Zdroj: Wikimedia Commons.

- V metalurgickom priemysle

CaF ₂ sa používa ako tavidlo v metalurgickom priemysle, pretože je zdrojom vápniku nerozpustného vo vode, a preto je účinný pri aplikáciách citlivých na kyslík.

Používa sa na tavenie a spracovanie železa a ocele v tekutej forme. Je to založené na skutočnosti, že má teplotu topenia podobnú teplote topenia železa a tiež, že môže rozpúšťať oxidy a kovy.

- V detektoroch rádioaktivity alebo nebezpečného žiarenia

CaF ₂ je termoluminiscenčné materiál. To znamená, že môže absorbovať žiarenie v elektrónoch svojej kryštalickej štruktúry a neskôr, keď sa zahreje, uvoľniť ho vo forme svetla.

Toto vyžarované svetlo sa môže merať elektrickým signálom. Tento signál je úmerný množstvu žiarenia prijatého materiálu. To znamená, že čím väčšie množstvo prijatého žiarenia, tým väčšie množstvo svetla bude vyžarovať po zahriatí.

Preto sa CaF ₂ používa v tzv. Osobných dozimetroch, ktoré používajú ľudia vystavení nebezpečnému žiareniu a chcú vedieť, koľko žiarenia dostali za určité časové obdobie.

- Iné použitia

- Používa sa ako katalyzátor pri chemických reakciách dehydratácie a dehydrogenácie na syntézu organických zlúčenín.

- Používa sa v alkalických zváracích elektródach. Získa sa silnejší zvar ako pri kyslých elektródach. Tieto elektródy sú užitočné pri výrobe lodí a vysokotlakových oceľových nádob.

- Ako doplnok výživy v extrémne nízkych množstvách (ppm alebo ppm).

Muž zváranie. Elektródy fluoridu vápenatého CaF ₂ tvoria silnejšie zvary. William M. Plate Jr .. Zdroj: Wikimedia Commons.

Referencie

1. Pirmoradian, M. a Hooshmand, T. (2019). Remineralizácia a antibakteriálne schopnosti dentálnych nanokompozitov na báze živice. Syntéza a charakterizácia fluoridu vápenatého (CaF ₂ ). V aplikáciách nanokompozitných materiálov v zubnom lekárstve. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
2. Americká národná lekárska knižnica. (2019). Fluorid vápenatý. Získané z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Ručné zváranie kovovým oblúkom (MMA) potiahnutými elektródami. V príručke Zváracie procesy (druhé vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Hanning, M. a Hanning, C. (2013). Nanobiomateriály v preventívnej stomatológii. Nanosized fluorid vápenatý. V Nanobiomateriáloch v klinickej stomatológii. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Skupina 17 (H, F, Cl, Br, I) Zlúčeniny alkalických zemín. Fluorid vápenatý. V encyklopédii zlúčenín alkalických zemín. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
6. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
7. Valkovic, V. (2000). Merania rádioaktivity. V rádioaktivite v životnom prostredí. Termoluminiscenčné detektory (TLD). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.