stringtranslate.com

Гексафторкремниевая кислота

Гексафторкремниевая кислота — неорганическое соединение с химической формулой H.
2СиФ
6. Водные растворы гексафторкремниевой кислоты состоят из солей катиона и гексафторсиликат-аниона. Эти соли и их водные растворы бесцветны.

Гексафторкремниевая кислота естественным образом производится в вулканах в больших масштабах. [1] [2] Он производится как побочный продукт при производстве фосфорных удобрений . Полученная гексафторокремниевая кислота почти исключительно используется в качестве предшественника трифторида алюминия и синтетического криолита , которые используются при обработке алюминия. Соли, полученные из гексафторкремниевой кислоты, называются гексафторсиликатами .

Состав

Структура (H 5 O 2 ) 2 SiF 6 . Водородные связи между фторидом и протонами показаны пунктирными линиями. Цветовой код: зеленый = F, оранжевый = Si, красный = O, серый = H. [3]

Гексафторкремниевая кислота кристаллизуется в виде различных гидратов. К ним относятся ( H 5 O 2 ) 2 SiF 6 , более сложные (H 5 O 2 ) 2 SiF 6 ·2H 2 O и (H 5 O 2 )(H 7 O 3 )SiF 6 ·4,5H 2 O. Во всех этих солях октаэдрический гексафторсиликатный анион связан водородной связью с катионами. [3]

Водные растворы гексафторкремниевой кислоты часто обозначают как H
2СиФ
6.

Производство и основные реакции

Гексафторкремниевая кислота производится в промышленных масштабах из фторидсодержащих минералов, которые также содержат силикаты. В частности, апатит и фторапатит обрабатывают серной кислотой , чтобы получить фосфорную кислоту , предшественник некоторых водорастворимых удобрений. Это называется процессом влажной фосфорной кислоты . [4] В качестве побочного продукта на тонну HF в результате реакций с участием кремнеземсодержащих минеральных примесей образуется около 50 кг гексафторкремниевой кислоты. [5] : 3 

Некоторая часть фторида водорода (HF), образующегося в ходе этого процесса, в свою очередь реагирует с примесями диоксида кремния (SiO 2 ), которые являются неизбежными компонентами минерального сырья, с образованием тетрафторида кремния . Образовавшийся таким образом тетрафторид кремния далее реагирует с HF. [ нужна ссылка ] Сетевой процесс можно описать так: [6] [ нужна страница ]

6 HF + SiO 2 → SiF2-6+ 2 Н 3 О +

Гексафторкремниевую кислоту также можно получить обработкой тетрафторида кремния плавиковой кислотой. [ нужна цитата ]

Реакции

В воде [ необходимы пояснения ] гексафторокремниевая кислота легко гидролизуется до плавиковой кислоты и различных форм аморфного и гидратированного кремнезема («SiO 2 »). При концентрации, обычно используемой для фторирования воды, происходит гидролиз на 99% и pH падает. Скорость гидролиза увеличивается с ростом pH. При pH питьевой воды степень гидролиза составляет практически 100%. [5]

H 2 SiF 6 + 2 H 2 O → 6 HF + «SiO 2 »

При нейтральном pH соли гексафторосиликата быстро гидролизуются в соответствии с этим уравнением: [7]

СиФ2−
6 + 2 H 2 O → 6 F − + SiO 2 + 4 H +

Щелочные и щелочноземельные соли

Нейтрализация растворов гексафторокремниевой кислоты основаниями щелочных металлов дает соответствующие фторосиликатные соли щелочных металлов:

H 2 SiF 6 + 2 NaOH → Na 2 SiF 6 + 2 H 2 O

Полученная соль Na 2 SiF 6 используется в основном при фторировании воды. Сопутствующие соли аммония и бария производятся аналогично для других применений. При комнатной температуре 15—30%-ная концентрированная кремнефтористоводородная кислота вступает в аналогичные реакции с хлоридами , гидроксидами и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов . [8]

Например, гексафторосиликат натрия можно получить обработкой хлорида натрия ( NaCl ) гексафторкремниевой кислотой: [5] : 3  [9] : 7. 

2NaCl + H 2 SiF 6 27 °С→ Na 2 SiF 6 ↓ + 2 HCl
BaCl 2 + H 2 SiF 6 27 °С→ БаСиФ 6 ↓ + 2 HCl

При нагревании гексафторосиликата натрия образуется тетрафторид кремния : [9] : 8. 

Na 2 SiF 6 >400 °С→ СиФ 4 + 2 НаФ

Использование

Большая часть гексафторкремниевой кислоты превращается во фторид алюминия и синтетический криолит . Эти материалы играют центральную роль в переработке алюминиевой руды в металлический алюминий . Превращение в трифторид алюминия описывается как: [6]

H 2 SiF 6 + Al 2 O 3 → 2 AlF 3 + SiO 2 + H 2 O

Гексафторкремниевая кислота также превращается во множество полезных гексафторсиликатных солей. Калийная соль, фторосиликат калия , используется в производстве фарфора, магниевая соль для затвердевшего бетона и в качестве инсектицида, а соли бария для люминофоров.

Гексафторкремниевая кислота и ее соли используются в качестве консервантов древесины . [10]

Рафинирование свинца

Гексафторкремниевая кислота также используется в качестве электролита в электролитическом процессе Беттса для очистки свинца.

Средства для удаления ржавчины

Гексафторкремниевая кислота (обозначенная на этикетке как кремнефтористоводородная кислота) вместе с щавелевой кислотой являются активными ингредиентами, используемыми в чистящих средствах для удаления ржавчины Iron Out , которые по сути представляют собой разновидность кислоты для стирки .

Нишевые приложения

H 2 SiF 6 — специализированный реагент в органическом синтезе для расщепления связей Si–O силиловых эфиров . Для этой цели он более реактивен, чем HF. Он быстрее реагирует с эфирами трет - бутилдиметилсилила ( TBDMS ), чем с эфирами триизопропилсилила ( TIPS ). [11]

Обработка бетона

Нанесение гексафторкремнеземной кислоты на поверхность, богатую кальцием, такую ​​как бетон, придаст этой поверхности некоторую устойчивость к воздействию кислоты. [12]

CaCO 3 + H 2 O → Ca 2+ + 2 OH − + CO 2
H 2 SiF 6 → 2 H + + SiF2−
6
СиФ2−
6 + 2 H 2 O → 6 F − + SiO 2 + 4 H +
 Са 2+ + 2 F − → CaF 2

Фторид кальция (CaF 2 ) представляет собой нерастворимое твердое вещество, устойчивое к кислотам.

Природные соли

Некоторые редкие минералы, встречающиеся в вулканических или угольных фумаролах, представляют собой соли гексафторокремниевой кислоты. Примеры включают гексафторосиликат аммония , который в природе встречается в виде двух полиморфов: криптогалита и барарита. [13] [14] [15]

Безопасность

Гексафторкремниевая кислота может выделять фторид водорода (HF) при испарении, поэтому она несет аналогичные риски. Вдыхание паров может вызвать отек легких . Как и фтористый водород, он разъедает стекло и керамику . [16] Значение LD 50 гексафторкремниевой кислоты составляет 430 мг/кг. [5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Палаш К., Берман Х. и Фрондел К. (1951) Система минералогии Даны, Том II: Галогениды, нитраты, бораты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, арсенаты, вольфраматы, молибдаты и т. д. Джон Уайли и Sons, Inc., Нью-Йорк, 7-е издание.
  2. ^ Энтони, Дж.В., Бидо, Р.А., Блад, К.В., и Николс, MC (1997) Справочник по минералогии, Том III: Галогениды, гидроксиды, оксиды. Издательство Mineral Data Publishing, Тусон.
    • Барарит
    • Криптогалит
  3. ^ Аб Моотц, Д.; Оллерс, Э.-Дж. (1988). «Кристаллические гидраты гексафторкремниевой кислоты: комбинированное фазово-аналитическое и структурное исследование». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 559 : 27–39. дои : 10.1002/zaac.19885590103.
  4. ^ Геологическая служба США. Плавиковый шпат.
  5. ^ abcd «Гексафторосиликат натрия [CASRN 16893-85-9] и кремнефтористая кислота [CASRN 16961-83-4] Обзор токсикологической литературы» (PDF) . Национальная программа токсикологии (США) . Архивировано (PDF) из оригинала 22 октября 2012 г. Проверено 13 июля 2017 г.
  6. ^ аб Эгеперс, Дж.; Моллард, П.; Девильерс, Д.; Чемла, М.; Фарон, Р.; Романо, Р.; Куэр, Дж. П. «Неорганические соединения фтора». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_307. ISBN 978-3527306732.
  7. ^ Финни, Уильям Ф.; Уилсон, Эрин; Каллендер, Эндрю; Моррис, Майкл Д.; Бек, Ларри В. (2006). «Повторное исследование гидролиза гексафторсиликата с помощью ЯМР 19 F и измерения pH». Окружающая среда. наук. Технол . 40 (8): 2572–2577. Бибкод : 2006EnST...40.2572F. дои : 10.1021/es052295s. ПМИД  16683594.
  8. ^ Хоффман CJ, Гутовски HS, Шумб WC, Брек Д.В. (1953). Тетрафторид кремния . Неорганические синтезы. Том. 4. С. 147–8. дои : 10.1002/9780470132357.ch48.
  9. ^ ab Нам предоставлен A345458, Кейт, К. Хансен и Л. Явс, Карл, «Патент на получение тетрафторида кремния», опубликовано 3 января 1982 г., выпущено в 1982 г. 
  10. ^ Карстен Май, Хольгер Милитц (2004). «Модификация древесины соединениями кремния. Неорганические соединения кремния и золь-гель системы: обзор». Наука и технология древесины . 37 (5): 339. doi :10.1007/s00226-003-0205-5. S2CID  9672269.
  11. ^ Пилчер, А.С.; ДеШонг, П. (2001). «Фторкремниевая кислота». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Джон Уайли и сыновья. doi : 10.1002/047084289X.rf013. ISBN 0471936235.
  12. ^ Свойства бетона А.М. Невилла
  13. ^ «Криптогалит».
  14. ^ "Барарит".
  15. ^ Крушевский, Лукаш; Фабьянска, Моника Ю.; Сегит, Томаш; Кусы, Данута; Мотылинский, Рафал; Цесельчук, Юстина; Депутат Ева (2020). «Азотуглеродистые соединения, спирты, меркаптаны, монотерпены, ацетаты, альдегиды, кетоны, SF6, PH3 и другие пожарные газы в отвалах угледобывающих предприятий Верхнесилезского угольного бассейна (Польша) – повторное исследование методами in situ Подход к внешней базе данных FTIR». Наука об общей окружающей среде . 698 : 134274. Бибкод : 2020ScTEn.698m4274K. doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.134274. PMID  31509784. S2CID  202563638.
  16. ^ «Кремнефтористоводородная кислота - Международные карты химической безопасности» . НИОШ . Проверено 10 марта 2015 г.