KALCIJEV FLUORID (CAF2): STRUKTURA, SVOJSTVA, NAMJENE - FIZIČKA - 2024

Kalcijev fluorid anorganska krutina uključuje kalcij atom (Ca) i dva atoma fluora (F). Njegova kemijska formula je CaF ₂ i kristalna je sivkasto-bijela krutina.

U prirodi se nalazi u mineralnom fluoritu ili fluorsparu. Prirodno postoji u kostima i zubima. Mineral fluorit je glavni izvor koji se koristi za dobivanje ostalih fluor-spojeva.

Čvrsti kalcijev fluorid CaF ₂. w: Korisnik: Walkerma u lipnju 2005. Izvor: Wikimedia Commons.

Uz to, CaF ₂ koristi se za sprečavanje propadanja zuba, zbog čega se dodaje materijalima koje stomatolozi koriste kako bi ih izliječili. U stvari, kalcijev fluorid dodaje se i vodi za piće (pitkoj vodi) tako da stanovništvo ima koristi od gutanja i pranja zubi.

CaF ₂ koristi se u obliku velikih kristala u optičkoj opremi i fotoaparatima. Također se koristi u malim uređajima koji se koriste za otkrivanje koliko je osoba bila izložena radioaktivnosti.

Struktura

Kalcijev fluorid CaF ₂ je jonski spoj koji nastaje kalcijevim kalcijem Ca2 ⁺ i dva fluoridna F ^- aniona. Međutim, neki izvori informacija pokazuju da njihove veze imaju određeni kovalentni karakter.

Struktura kalcijevog fluorida CaF ₂. Plava: kalcij; Žuti fluor. Claudio Pistilli. Izvor: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

Kalcijev fluorid

Svojstva

Psihičko stanje

Bezbojna do sivkasto-bijela krutina s kubičnom kristalnom strukturom.

Kubična kristalna struktura CaF ₂. Benjah-bmm27. Izvor: Wikimedia Commons.

Molekularna težina

78,07 g / mol

Talište

1418 ºC

Vrelište

2533 ºC

Gustoća

3,18 g / cm ³ na 20 ° C.

Indeks loma

1,4328

Topljivost

Netopiva je u vodi na 20 ° C. Gotovo netopljiva na 25 ° C: 0,002 g / 100 ml vode. Slabo topiva u kiselinama.

Kemijska svojstva

Njegova oksidacijska ili redukcijska svojstva su vrlo slaba, no mogu se dogoditi ove reakcije. Iako, općenito, u vrlo malo slučajeva.

Inertna je za organske kemikalije i mnoge kiseline, uključujući HF fluorovodičnu kiselinu. Polako se otapa u dušičnoj kiselini HNO ₃.

Nije zapaljivo. Ne reagira brzo s zrakom ili vodom.

Zbog niskog afiniteta prema vodi, čak i ako je izložena velikom postotku vlage, na normalnu sobnu temperaturu ne utječe čak ni do mjesec dana.

Uz vlažnost, zidovi njegovih kristala polako se otapaju na temperaturama iznad 600 ° C. U suhim sredinama može se koristiti i do oko 1000 ° C, a da se pri tome ne utječe znatno.

Prisutnost u prirodi

Kalcijev fluorid CaF ₂ nalazi se prirodno u mineralnom fluoritu ili fluorsparu.

Iako čisti CaF ₂ je bezbojna, mineralna fluorit često obojena prisutnosti elektrona zarobljenih u „rupe” u kristalnoj strukturi.

Ovaj mineral je cijenjen zbog staklastog sjaja i raznolikosti boja (ljubičasta, plava, zelena, žuta, bezbojna, smeđa, ružičasta, crna i crvenkasto narančasta). Kažu da je "mineral s najviše boja na svijetu".

Fluorit iz rudnika u Francuskoj. Muséum de Toulouse. Izvor: Wikimedia Commons.

Fluorit (plavi kristali) iz Prirodoslovnog muzeja u Milanu. Giovanni Dall'Orto. Izvor: Wikimedia Commons.

Fluorit iz rudnika u Engleskoj. Didier Descouens. Izvor: Wikimedia Commons.

Fluorit iz rudnika u Francuskoj. Didier Descouens. Izvor: Wikimedia Commons.

Fluorit iz rudnika u SAD-u. Autor: Jurema Oliveira. Izvor: Wikimedia Commons.

Kalcijev fluorid nalazi se i u kostima u količinama između 0,2 i 0,65%, a također u caklini zuba u 0,33-0,59%.

Prijave

- Pri dobivanju fluorskih spojeva

Mineral fluorit CaF ₂ je osnovni ili većinski izvor fluora u svijetu. To je sirovina za pripremu gotovo svih fluor-spojeva.

Najvažnija od njih je HF fluorovodična kiselina iz koje se dobivaju ostali fluorirani spojevi. Fluorid iona F ^- oslobađa iz mineralnih reakcijom s koncentriranom sumpornom kiselinom H ₂ SO ₄:

CaF ₂ (kruta) + H ₂ SO ₄ (tekućina) → CaSO ₄ (kruta) + 2 HF (plin)

- U njezi zuba

CaF ₂ kalcijev fluorid sredstvo je za sprječavanje karijesa. U tu se svrhu koristi za fluoriranje pitke vode (vode koja se može piti).

Povrh toga, pokazalo se da niske koncentracije F ^- fluorida (reda od 0,1 dijelova na milijun) korištene u pastama za zube i ispiranju usta imaju duboko pozitivan učinak u prevenciji karijesa.

Kalcijev fluorid pomaže u prevenciji karijesa. Autor: Annalize Batista. Izvor: Pixabay.

Nanočestice CaF

Iako se fluoridi koriste u pastama za zube i ispiranju, niska koncentracija kalcija (Ca) u slini znači da se naslage CaF ₂ ne stvaraju na zubima što je učinkovitije moguće.

Zato je način da se dobije CaF ₂ prah kao nanočestice je osmislio.

Za to se koristi sušilo za raspršivanje (iz engleskog sušilo za raspršivanje) u kojem se miješaju dvije otopine (jedna od kalcijevog hidroksida Ca (OH) ₂ i jedna od amonijevog fluorida NH ₄ F) dok se raspršuju u komoru s protokom vrućeg zraka.

Tada se događa sljedeća reakcija:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (kruta tvar) + NH ₄ OH

NH ₄ OH isparava kao NH ₃ i H ₂ O i OS RH ₂ nanočestice ostaje.

Imaju visoku reaktivnost i veću topivost, što ih čini učinkovitijima za remineralizaciju zuba i kao antikarije.

- U lećama za optičku opremu

Kalcijev fluorid koristi se za izgradnju optičkih elemenata kao što su prizme i prozori infracrvenog i ultraljubičastog (UV) svjetlosnog spektrofotometra.

Ovi uređaji omogućuju nam mjerenje količine svjetlosti koju apsorbira materijal kad prođe kroz njega.

CaF ₂ je transparentan u takvim područjima svjetlosnog spektra, ima izuzetno niski indeks loma i omogućava učinkovitiju razlučivost od NaCl u rasponu 1500-4000 cm ^{- 1}.

Zahvaljujući kemijskoj stabilnosti, može podnijeti nepovoljne uvjete, pa optički elementi CaF ₂ nisu napadnuti. Također ima visoku tvrdoću.

U kamerama

Neki proizvođači fotografskih kamera koriste umjetno kristalizirane CaF ₂ leće kako bi smanjili raspršenje svjetla i postigli izvrsnu korekciju izobličenja u boji.

Neke kamere imaju leće CaF _{2 s} kalcijevim fluoridom za smanjenje izobličenja u boji. Bill Ebbesen. Izvor: Wikimedia Commons.

- U metalurškoj industriji

CaF ₂ koristi se kao sredstvo za stvaranje fluida u metalurškoj industriji, jer je izvor kalcija netopljivog u vodi i stoga je učinkovit u primjenama osjetljivim na kisik.

Koristi se za taljenje i obradu željeza i čelika u tekućem obliku. To se temelji na činjenici da ima talište slično onome željeza i da može otapati okside i metale.

- u detektorima radioaktivnosti ili opasnog zračenja

CaF ₂ je termoluminiscentni materijal. To znači da može apsorbirati zračenje u elektronima svoje kristalne strukture i kasnije, zagrijavajući se, osloboditi u obliku svjetlosti.

To emitirano svjetlo može se mjeriti električnim signalom. Taj signal je proporcionalan količini zračenja primljenog materijala. To znači da što je veća količina dobivenog zračenja, to će biti veća količina svjetlosti koju će emitirati nakon zagrijavanja.

Zbog toga se CaF ₂ koristi u takozvanim osobnim dozimetrima, koje koriste ljudi koji su izloženi opasnom zračenju i žele znati koliko zračenja su primili u određenom vremenskom razdoblju.

- Ostale uporabe

- Koristi se kao katalizator u kemijskim reakcijama dehidracije i dehidrogenacije za sintezu organskih spojeva.

- Koristi se u elektrodama za alkalno zavarivanje. Dobiva se jači zavar nego kod kiselih elektroda. Te su elektrode korisne u proizvodnji brodova i čelika visokog pritiska.

- Kao dodatak prehrani u izuzetno niskim količinama (ppm ili dijelova na milijun).

Čovjek zavarivanje. CaF ₂ kalcijeve fluoridne elektrode formiraju čvršće zavare. William M. Plate ml. Izvor: Wikimedia Commons.

Reference

1. Pirmoradian, M. i Hooshmand, T. (2019). Remineralizacija i antibakterijske sposobnosti zubnih nanokompozita na bazi smole. Sinteza i karakterizacija kalcijevog fluorida (CaF ₂). U primjenama nanokompozitnih materijala u stomatologiji. Oporavljeno od sciencedirect.com.
2. Američka nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Kalcijev fluorid. Oporavak od pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Ručno metalno lučno (MMA) zavarivanje s obloženim elektrodama. U Priručniku za zavarivanje procesa (drugo izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Hanning, M. i Hanning, C. (2013). Nanobiomaterijali u preventivnoj stomatologiji. Nanozizirani kalcijev fluorid. U Nanobiomaterijalima kliničke stomatologije. Oporavljeno od sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Skupina 17 (H, F, Cl, Br, I) alkalni spojevi Zemlje. Kalcijev fluorid. U Enciklopediji alkalnih spojeva Zemlje. Oporavljeno od sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
7. Valković, V. (2000). Mjerenja radioaktivnosti. U radioaktivnosti u okolišu. Termoluminescentni detektori (TLD). Oporavljeno od sciencedirect.com.