stringtranslate.com

Гексафторкремниевая кислота

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

Гексафторкремниевая кислота производится естественным образом в больших масштабах в вулканах. [2] [3] Она производится как побочный продукт при производстве фосфатных удобрений . Полученная гексафторкремниевая кислота почти исключительно потребляется как предшественник трифторида алюминия и синтетического криолита , которые используются при переработке алюминия. Соли, полученные из гексафторкремниевой кислоты, называются гексафторосиликатами .

Структура

Структура (H 5 O 2 ) 2 SiF 6 . Водородные связи между фторидом и протонами обозначены пунктирными линиями. Цветовой код: зеленый = F, оранжевый = Si, красный = O, серый = H. [4]

Гексафторсиликатная кислота кристаллизовалась в виде различных гидратов. К ним относятся ( H 5 O 2 ) 2 SiF 6 , более сложный (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 водородными связями с катионами. [4]

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

Производство и основные реакции

Гексафторкремниевая кислота производится в промышленных масштабах из фторсодержащих минералов, которые также содержат силикаты. В частности, апатит и фторапатит обрабатываются серной кислотой для получения фосфорной кислоты , предшественника нескольких водорастворимых удобрений. Это называется процессом получения мокрой фосфорной кислоты . [5] В качестве побочного продукта, приблизительно 50 кг гексафторкремниевой кислоты производится на тонну HF из-за реакций с участием минеральных примесей, содержащих кремний. [6] : 3 

Часть фтористого водорода (HF), полученного в ходе этого процесса, в свою очередь реагирует с примесями диоксида кремния (SiO 2 ), которые являются неизбежными компонентами минерального сырья, давая тетрафторид кремния . Образованный таким образом тетрафторид кремния далее реагирует с HF. [ необходима цитата ] Чистый процесс можно описать следующим образом: [7] [ необходима страница ]

6HF + SiO2 → SiF2−6+ 2 Н 3 О +

Гексафторкремниевую кислоту можно также получить путем обработки тетрафторида кремния плавиковой кислотой. [7]

Реакции

Гексафторкремниевая кислота стабильна только в фтороводороде или кислых водных растворах. В любых других обстоятельствах она действует как источник плавиковой кислоты . Так, например, гексафторкремниевая кислота в чистом виде или в растворе олеума выделяет тетрафторид кремния до тех пор, пока остаточный фтороводород не восстановит равновесие: [7]

H 2 SiF 6  ⇌ 2 HF( l ) + SiF 4 ( г )

В щелочно-нейтральных водных растворах гексафторкремниевая кислота легко гидролизуется до анионов фторида и аморфного гидратированного кремнезема («SiO 2 »). Сильные основания сначала дают фторсиликатные соли, но любой стехиометрический избыток начинает гидролиз. [7] При концентрациях, обычно используемых для фторирования воды , происходит 99% гидролиза: [6] [8]

СиФ2−
6 + 2H2O → 6F− + SiO2 + 4H +

Щелочные и щелочноземельные соли

Нейтрализация растворов гексафторкремниевой кислоты основаниями щелочных металлов приводит к образованию соответствующих фторсиликатных солей щелочных металлов:

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

Полученная соль Na2SiF6 в основном используется при фторировании воды . Аналогичным образом производятся родственные соли аммония и бария для других применений. При комнатной температуре 15-30% концентрированная гексафторкремниевая кислота вступает в аналогичные реакции с хлоридами , гидроксидами и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов . [9]

Например, гексафторсиликат натрия может быть получен путем обработки хлорида натрия ( NaCl ) гексафторкремниевой кислотой: [6] : 3  [10] : 7 

2NaCl + H2SiF6​ 27 °С→ Na2SiF6 ↓ + 2HCl​
BaCl2 + H2SiF6​​​ 27 °С→ BaSiF6 ↓ + 2 HCl

Нагревание гексафторсиликата натрия дает тетрафторид кремния : [10] : 8 

Na2SiF6​​​ >400 °С→ SiF4 + 2 NaF

Использует

Большая часть гексафторкремниевой кислоты преобразуется во фторид алюминия и синтетический криолит . Эти материалы играют центральную роль в преобразовании алюминиевой руды в металлический алюминий . Преобразование в трифторид алюминия описывается следующим образом: [7]

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

Гексафторкремниевая кислота также преобразуется в различные полезные гексафторсиликатные соли. Калиевая соль, фторосиликат калия , используется в производстве фарфора, магниевая соль для затвердевшего бетона и в качестве инсектицида, а бариевые соли для фосфора.

Гексафторкремниевая кислота и ее соли используются в качестве консервантов древесины . [11]

Рафинирование свинца

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

Удалители ржавчины

Гексафторкремниевая кислота (на этикетке обозначена как гидрофторкремниевая кислота) вместе с щавелевой кислотой являются активными ингредиентами, используемыми в чистящих средствах для удаления ржавчины Iron Out , которые по сути являются разновидностями стирального порошка .

Нишевые приложения

H 2 SiF 6 — специализированный реагент в органическом синтезе для расщепления связей Si–O в силиловых эфирах . Он более реактивен для этой цели, чем HF. Он реагирует быстрее с t - бутилдиметилсилиловыми ( TBDMS ) эфирами, чем с триизопропилсилиловыми ( TIPS ) эфирами. [12]

Обработка бетона

Нанесение гексафторкремниевой кислоты на богатую кальцием поверхность, такую ​​как бетон, придаст этой поверхности некоторую устойчивость к воздействию кислоты. [13]

CaCO 3 + H 2 O → Ca 2+ + 2 OH − + CO 2
H2SiF6 → 2H + + SiF​​2−
6
СиФ2−
6 + 2H2O → 6F− + SiO2 + 4H +
 Ca2 + + 2F− → CaF2

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

Натуральные соли

Некоторые редкие минералы, встречающиеся либо в вулканических, либо в угольных фумаролах, являются солями гексафторкремниевой кислоты. Примерами являются гексафторсиликат аммония , который в природе встречается в двух полиморфах: криптогалите и барарите . [14] [15] [16]

Безопасность

Гексафторкремниевая кислота может выделять фтористый водород (HF) при испарении, поэтому она имеет схожие риски. Вдыхание паров может вызвать отек легких . Как и фтористый водород, она разъедает стекло и керамику . [17] Значение LD 50 гексафторкремниевой кислоты составляет 430 мг/кг. [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Perrin, D. D., ред. (1982) [1969]. Константы ионизации неорганических кислот и оснований в водных растворах . Химические данные ИЮПАК (2-е изд.). Oxford: Pergamon (опубликовано в 1984 г.). Запись 91. ISBN 0-08-029214-3. LCCN  82-16524.
  2. ^ Палаче, К., Берман, Х. и Фрондель, К. (1951) Система минералогии Даны, том II: Галогениды, нитраты, бораты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, арсенаты, вольфраматы, молибдаты и т. д. John Wiley and Sons, Inc., Нью-Йорк, 7-е издание.
  3. ^ Энтони, Дж. В., Бидо, Р. А., Блад, К. В. и Николс, М. К. (1997) Справочник по минералогии, том III: Галогениды, гидроксиды, оксиды. Издательство Mineral Data, Тусон.
    • Барарит
    • Криптогалит
  4. ^ 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.
  5. ^ USGS. Плавиковый шпат.
  6. ^ abcd "Гексафторсиликат натрия [CASRN 16893-85-9] и фторкремниевая кислота [CASRN 16961-83-4] Обзор токсикологической литературы" (PDF) . Национальная токсикологическая программа (США) . Архивировано (PDF) из оригинала 22 октября 2012 г. . Получено 13 июля 2017 г. .
  7. ^ abcde Aigueperse, J.; Mollard, P.; Devilliers, D.; Chemla, M.; Faron, R.; Romano, R.; Cuer, JP (2005). "Соединения фтора, неорганические". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a11_307. ISBN 978-3527306732.
  8. ^ Финни, Уильям Ф.; Уилсон, Эрин; Каллендер, Эндрю; Моррис, Майкл Д.; Бек, Ларри В. (2006). «Повторное исследование гидролиза гексафторсиликата методом ЯМР 19 F и измерения pH». Environ. Sci. Technol . 40 (8): 2572–2577. Bibcode : 2006EnST...40.2572F. doi : 10.1021/es052295s. PMID  16683594.
  9. ^ Хоффман CJ, Гутовски HS, Шумб WC, Брек DW (1953). Тетрафторид кремния . Неорганические синтезы. Т. 4. С. 147–8. doi :10.1002/9780470132357.ch47.
  10. ^ ab Us Granted A345458, Keith, C. Hansen & L. Yaws, Carl, "Patent Silicon tetrafluoride generation", опубликовано 3 января 1982 г., выпущено в 1982 г. 
  11. ^ Карстен Май, Хольгер Милиц (2004). «Модификация древесины с помощью кремниевых соединений. неорганические кремниевые соединения и золь-гель системы: обзор». Wood Science and Technology . 37 (5): 339. doi :10.1007/s00226-003-0205-5. S2CID  9672269.
  12. ^ Pilcher, AS; DeShong, P. (2001). "Фторкремниевая кислота". Энциклопедия реагентов для органического синтеза . John Wiley & Sons. doi :10.1002/047084289X.rf013. ISBN 0471936235.
  13. ^ Свойства бетона А.М. Невилла
  14. ^ «Криптогалит».
  15. ^ "Барарит".
  16. ^ 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.
  17. ^ "Кремнефтористоводородная кислота – Международные карты химической безопасности". NIOSH . Получено 10.03.2015 .