Фторид кальция

Фторид кальция
Общие
Хим. формула	CaF2
Физические свойства
Состояние	белое кристаллическое вещество (монокристаллы являются прозрачными)
Молярная масса	78,07 г/моль
Плотность	3,18 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1418 °C
• кипения	2533 °C
• вспышки	негорюч °C
Мол. теплоёмк.	67,03 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-1221 кДж/моль
Удельная теплота плавления	30 Дж/кг
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты $pK_{a}$	1
Растворимость
• в воде	(18 °C) 0,0015 г/100мл (20 °C) 0,0016 г/100 мл
• в ацетоне	нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления	1,4328
Структура
Кристаллическая структура	кубическая кристаллическая структура
Классификация
Рег. номер CAS	7789-75-5
PubChem	24617 и 84512
Рег. номер EINECS	232-188-7
SMILES	[Ca+2].[F-].[F-]
InChI	InChI=1S/Ca.2FH/h;2*1H/q+2;;/p-2 WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L
RTECS	EW1760000
ChEBI	35437
ChemSpider	23019
Безопасность
ЛД50	(перорально, крысы) 4250 мг/кг
Токсичность	0 0 0
NFPA 704	0 0 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Фторид кальция — неорганическое бинарное ионное химическое соединение. Химическая формула CaF₂.

Физические свойства

Бесцветные диамагнитные кристаллы (в измельчённом состоянии — белые). До температуры 1151 °C существует α-CaF₂ с кубической решеткой (а = 0,54626 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), выше 1151 °C — разупорядоченная модификация тетрагональной сингонии, температура плавления у этой модификации — 1418 °C.

Плохо растворим в воде (16 мг/л при 18 °C).

Получение

В природе CaF₂ встречается в виде минерала флюорита (плавиковый шпат), который содержит до 90-95 % CaF₂ и 3,5-8 % SiO₂. Это хрупкий и мягкий минерал с большой вариацией в цвете: бесцветный, белый, жёлтый, оранжевый, красный, бурый, зелёный, зеленовато-голубой, фиолетово-синий, серый, пурпурный, синевато-чёрный, розовый и малиновый. Окраска связана с примесями хлора, железа, урана, дефектами кристаллической структуры, которая весьма тонко реагирует на нагревание. Является основным источником фтора в мире. Мировое производство ~4,5 млн т/год (1983 год).

В лабораторных условиях фторид кальция обычно получают из карбоната кальция и плавиковой кислоты:

${\mathsf {CaCO_{3}+2HF{\xrightarrow {}}CaF_{2}\downarrow +CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}$

Чисто теоретический интерес представляет способ получения непосредственно из простых веществ:

${\mathsf {Ca+F_{2}{\xrightarrow {}}CaF_{2}}}$

Разбавленная плавиковая кислота взаимодействует с оксидом кальция:

${\mathsf {CaO+2HF{\xrightarrow {}}CaF_{2}\downarrow +H_{2}O}}$

Фторид кальция можно получить обменными реакциями, например:

${\mathsf {CaCl_{2}+2NH_{4}F{\xrightarrow {}}CaF_{2}\downarrow +2NH_{4}Cl}}$

Химические свойства

Фторид кальция химически относительно пассивен. При высокой температуре подвергается гидролизу:

${\mathsf {CaF_{2}+H_{2}O{\xrightarrow {800^{o}C}}CaO+2HF}}$

${\mathsf {CaF_{2}+H_{2}O+SiO_{2}{\xrightarrow {1450^{o}C}}CaSiO_{3}+2HF}}$

Разлагается концентрированной серной кислотой, что используется в промышлености для получения HF:

${\mathsf {CaF_{2}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {130-200^{o}C}}CaSO_{4}+2HF\uparrow }}$

При избытке HF образует сложный кристаллогидрат:

${\mathsf {CaF_{2}+2HF+6H_{2}O{\xrightarrow {}}Ca(HF_{2})_{2}\cdot 6H_{2}O\downarrow }}$

При температуре в 600—700 °C фторид лития реагирует с оксидом кальция, давая на выходе оксид лития и фторид кальция:

${\mathsf {2LiF+CaO{\xrightarrow {600-700^{o}C}}CaF_{2}+Li_{2}O}}$

Фторид лития с насыщенным раствором гидроксида кальция реагирует образовывая гидроксид лития и фторид кальция:

${\mathsf {2LiF+Ca(OH)_{2}{\xrightarrow {}}CaF_{2}+2LiOH}}$

Применение

Фторид кальция является основным источником фтора и его соединений. Начиная с конца 1990-х годов добывалось ~5 млн тонн данного вещества в год.

Фторид кальция является компонентом металлургических флюсов, специальных стекол, эмалей, керамики, оптических и лазерных материалов. Он также используется в качестве флюса при плавке и переработке жидких чугуна и стали.

В лаборатории фторид кальция широко применяется в качестве оптического материала для инфракрасного и ультрафиолетового излучений, а также как материал с чрезвычайно низким показателем преломления. В первые годы 21-го века цена на рынке фторида кальция упала, и многие крупные заводы были закрыты. Canon и другие производители используют синтетически выращенные кристаллы фторида кальция в качестве компонентов в объективах, уменьшающих рассеивание света.

Отличные механические, технические и эксплуатационные характеристики в сочетании с прозрачностью в широком спектральном диапазоне, высокой оптической однородностью, высокой радиационной устойчивостью позволяют использовать оптические монокристаллы фторида кальция в:

• Микроскопии,
• Квантовой и силовой оптике,
• Инфракрасной технике,
• Спектрофотометрии,
• Фурье-спектроскопии,
• Рентгеновской технике,
• Космотехнике,
• Астрономии,
• Голографии.

Монокристаллы используются для изготовления окон, призм, линз и других оптических деталей, работающих в диапазоне излучения от ультрафиолетового до инфракрасного. Оптические детали из фторида кальция используются без защитных покрытий.

Опасность применения

Фторид кальция считается относительно безвредным в силу его малой растворимости в воде. Ситуация схожа и с BaSO₄, где токсичность, обычно связанная с Ba²⁺, компенсируется очень низкой растворимостью сульфата.

См. также

• Флюорит