FLUORID VÁPENATÝ (CAF2): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - FYZICKÝ - 2025

Fluorid vápenatý je anorganická pevná látka obsahuje atom vápníku (Ca) a dva atomy fluoru (F). Jeho chemický vzorec je CaF ₂ a je to krystalická šedavě bílá pevná látka.

V přírodě se vyskytuje v minerálním fluoritu nebo fluoritu. Přirozeně se vyskytuje v kostech a zubech. Minerální fluorit je hlavním zdrojem, který se používá k získání dalších sloučenin fluoru.

Tuhý CaF ₂ fluorid vápenatý. w: Uživatel: Walkerma v červnu 2005. Zdroj: Wikimedia Commons.

Kromě toho se CaF ₂ používá k prevenci zubního kazu, a proto se přidává k materiálům používaným zubními lékaři k jejich léčení. Ve skutečnosti se fluorid vápenatý také přidává do pitné vody (pitné vody), takže obyvatelstvo těží z jeho požití a čištění zubů.

CaF ₂ se používá ve formě velkých krystalů v optických zařízeních a kamerách. Používá se také v malých zařízeních, která se používají k detekci toho, kolik lidí bylo vystaveno radioaktivitě.

Struktura

Fluorid vápenatý CaF ₂ je iontová sloučenina tvořená vápníku Ca ²⁺ kation a dvěma fluoridových F ^- aniontů. Některé zdroje informací však naznačují, že jejich vazby mají určitý kovalentní charakter.

Struktura fluoridu vápenatého CaF ₂. Modrá: vápník; Žlutý fluor. Claudio Pistilli. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

Fluorid vápenatý

Vlastnosti

Fyzický stav

Bezbarvá až šedobílá pevná látka s krychlovou krystalickou strukturou.

Kubická krystalická struktura CaF ₂. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Molekulární váha

78,07 g / mol

Bod tání

1418 ° C

Bod varu

2533 ° C

Hustota

3,18 g / cm ³ při 20 ° C

Index lomu

1.4328

Rozpustnost

Je nerozpustný ve vodě při 20 ° C. Téměř nerozpustný při 25 ° C: 0,002 g / 100 ml vody. Mírně rozpustný v kyselinách.

Chemické vlastnosti

Jeho oxidační nebo redukční vlastnosti jsou velmi slabé, mohou však nastat tyto reakce. Obecně však ve velmi malém počtu případů.

Je inertní vůči organickým chemikáliím a mnoha kyselinám, včetně kyseliny fluorovodíkové fluorovodíkové. Pomalu se rozpustí v kyselině dusičné HNO ₃.

Není hořlavý. Nereaguje rychle se vzduchem nebo vodou.

Vzhledem k nízké afinitě k vodě, i když je vystavena vysokému procentu vlhkosti, neovlivní ji ani při normální pokojové teplotě ani měsíc.

V přítomnosti vlhkosti se stěny krystalů rozpouštějí pomalu při teplotách nad 600 ° C. V suchém prostředí může být použit až do asi 1000 ° C, aniž by byl výrazně ovlivněn.

Přítomnost v přírodě

Fluorid vápenatý CaF ₂ se přirozeně vyskytuje v minerálním fluoritu nebo fluoritu.

Ačkoli čistý CaF ₂ je bezbarvý, minerální fluorit je často zbarven přítomností elektronů zachycených v „dírách“ v krystalové struktuře.

Tento minerál je vysoce ceněný pro svůj sklovitý lesk a různé barvy (fialová, modrá, zelená, žlutá, bezbarvá, hnědá, růžová, černá a načervenalá oranžová). Říká se, že jde o „nejbarevnější minerál na světě“.

Fluorit z dolu ve Francii. Muséum de Toulouse. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit (modré krystaly) z přírodního muzea v Miláně. Giovanni Dall'Orto. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit z dolu v Anglii. Didier Descouens. Zdroj: Wikimedia Commons.

Fluorit z dolu ve Francii. Didier Descouens. Zdroj: Wikimedia Commons.

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

Fluorid vápenatý se také nachází v kostech v množství mezi 0,2 a 0,65% a také v sklovině zubů v 0,33 až 0,59%.

Aplikace

- Při získávání sloučenin fluoru

Minerální fluorit CaF ₂ je celosvětově základním nebo většinovým zdrojem fluoru. Je to surovina pro přípravu téměř všech sloučenin fluoru.

Nejdůležitější z nich je kyselina fluorovodíková HF, ze které se připravují další fluorované sloučeniny. Fluoridový ion F ^- je uvolněn z minerální reakcí s koncentrovanou kyselinou sírovou, H ₂ SO ₄:

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

- V péči o zuby

Fluorid vápenatý CaF ₂ je činidlo pro prevenci dutin. Používá se k fluoridaci pitné vody (vody, kterou lze pít) za tímto účelem.

Kromě toho se ukázalo, že nízké koncentrace F ^- fluoridu (řádově 0,1 dílu na milion) použitých v zubních pastách a ústních vodách mají výrazný pozitivní účinek v preventivní péči o zubní kaz.

Fluorid vápenatý pomáhá při prevenci dutin. Autor: Annalize Batista. Zdroj: Pixabay.

Nanočástice CaF

Ačkoli se fluoridy používají v zubních pastách a výplachech, nízká koncentrace vápníku (Ca) ve slinách znamená, že se na zubech nevytvářejí usazeniny CaF ₂ co nejefektivněji.

Proto byl navržen způsob, jak získat prášek CaF ₂ jako nanočástice.

Pro tento účel se používá rozprašovací sušička (z angličtiny rozprašovací sušárně), kde dva roztoky (jedna z hydroxidu vápenatého Ca (OH) ₂ a jeden z fluoridu amonného NH ₄ F) se smísí v době, kdy se postříkají v komoře s tokem horkého vzduchu.

Poté dojde k následující reakci:

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

NH ₄ OH vypařuje jako NH ₃ a H ₂ O a CaF ₂ nanočástic zůstávají.

Mají vysokou reaktivitu a větší rozpustnost, což je činí účinnějšími pro remineralizaci zubů a jako anticary.

- V objektivu pro optická zařízení

Fluorid vápenatý se používá k vytváření optických prvků, jako jsou hranoly a okna infračervených a ultrafialových (UV) světelných spektrofotometrů.

Tato zařízení nám umožňují měřit množství světla absorbovaného materiálem, když prochází tímto materiálem.

CaF ₂ je transparentní v takových oblastech světelného spektra, má index lomu extrémně nízký a umožňuje účinnější rozlišení než rozlišení NaCl v rozmezí 1500 ^- 4000 cm ^{- 1}.

Díky své chemické stabilitě vydrží nepříznivé podmínky, takže optické prvky CaF ₂ nejsou napadeny. Má také vysokou tvrdost.

V kamerách

Někteří výrobci fotografických kamer používají uměle krystalizované čočky CaF ₂ ke snížení rozptylu světla a dosažení vynikající korekce pro zkreslení barev.

Některé fotoaparáty mají čočky fluoridu vápenatého CaF _2, které snižují zkreslení barev. Bill Ebbesen. Zdroj: Wikimedia Commons.

- V hutním průmyslu

CaF ₂ se používá jako tavidlo v metalurgickém průmyslu, protože je zdrojem nerozpustného vápníku ve vodě, a proto je účinný v aplikacích citlivých na kyslík.

Používá se k tavení a zpracování železa a oceli v kapalné formě. To je založeno na skutečnosti, že má teplotu tání podobnou bodu tání železa a také, že může rozpouštět oxidy a kovy.

- V detektorech radioaktivity nebo nebezpečného záření

CaF ₂ je termoluminiscenční materiál. To znamená, že může absorbovat záření v elektronech své krystalické struktury a později, když se zahřeje, uvolnit ji ve formě světla.

Toto emitované světlo může být měřeno elektrickým signálem. Tento signál je úměrný množství záření přijatého materiálu. To znamená, že čím větší je množství přijatého záření, tím větší je množství světla, které bude po zahřátí emitovat.

Proto je CaF ₂ používán v takzvaných osobních dozimetrech, které používají lidé, kteří jsou vystaveni nebezpečnému záření a chtějí vědět, kolik záření v určitém období přijali.

- Jiná použití

- Používá se jako katalyzátor při chemických reakcích dehydratace a dehydrogenace pro syntézu organických sloučenin.

- Používá se v alkalických svařovacích elektrodách. Silnější svar se získá než u kyselých elektrod. Tyto elektrody jsou užitečné při výrobě lodí a vysokotlakých ocelových nádob.

- Jako doplněk stravy v extrémně nízkých množstvích (ppm nebo ppm).

Muž svařování. Elektrody fluoridu vápenatého CaF ₂ vytvářejí silnější svary. William M. Plate Jr.. Zdroj: Wikimedia Commons.

Reference

1. Pirmoradian, M. a Hooshmand, T. (2019). Remineralizace a antibakteriální schopnosti dentálních nanokompozitů na bázi pryskyřice. Syntéza a charakterizace fluoridu vápenatého (CaF ₂). V aplikacích nanokompozitních materiálů ve stomatologii. Obnoveno z sciposedirect.com.
2. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Fluorid vápenatý. Obnoveno z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Ruční svařování kovovým obloukem (MMA) s potaženými elektrodami. Příručka svařovacích procesů (druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Hanning, M. a Hanning, C. (2013). Nanobiomateriály v preventivním zubním lékařství. Nanosized fluorid vápenatý. V nanobiomateriálech v klinické stomatologii. Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Skupina 17 (H, F, Cl, Br, I) Sloučeniny alkalických zemin. Fluorid vápenatý. V encyklopedii sloučenin alkalických zemin. Obnoveno z sciposedirect.com.
6. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
7. Valkovic, V. (2000). Měření radioaktivity. V radioaktivitě v životním prostředí. Termoluminiscenční detektory (TLD). Obnoveno z sciposedirect.com.