Фторид кальция ( флюорит, плавиковый шпат, дифторид кальция, двуфтористый кальций) — неорганическое бинарное ионное химическое соединение. Химическая формула CaF2.
Фторид кальция | |||
---|---|---|---|
![]() | |||
| |||
Общие | |||
Систематическое наименование |
Фторид кальция | ||
Традиционные названия | Фтористый кальций, кальция дифторид, плавиковый шпат, флюорит | ||
Хим. формула | CaF2 | ||
Рац. 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 | 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 | |||
InChI | |||
RTECS | EW1760000 | ||
ChEBI | 35437 | ||
ChemSpider | 23019 | ||
Безопасность | |||
ЛД50 | (перорально, крысы) 4250 мг/кг | ||
NFPA 704 | |||
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
![]() |
Физические свойства
правитьБесцветные 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
правитьВ 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:
Чисто теоретический интерес представляет способ получения непосредственно из простых веществ:
Разбавленная плавиковая кислота взаимодействует с оксидом кальция:
Фторид кальция можно получить обменными реакциями, например:
Химические свойства
правитьФторид кальция химически относительно пассивен. При высокой температуре подвергается гидролизу:
Разлагается концентрированной серной кислотой, что используется в промышлености для получения HF:
При избытке HF образует сложный кристаллогидрат:
При температуре в 600—700 °C фторид лития реагирует с оксидом кальция, давая на выходе оксид лития и фторид кальция:
Фторид лития с насыщенным раствором гидроксида кальция реагирует образовывая гидроксид лития и фторид кальция:
Применение
правитьФторид 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.
Применяется в стоматологии, для глубокого фторирования – насыщения твердых тканей зуба минеральными соединениями, путём обработки(очистка, просушивание струёй воздуха зуба и нанесение) поврежденных мест. Благодаря этому, терапевтический эффект по сравнению с применением фторлаков, усиливается в 100 раз.
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.[1]
Опасность применения
правитьФторид 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.
Ультратонкие плёнки
правитьТонкие кристаллические плёнки CaF2 толщиной несколько нанометров находят применение в качестве барьерных слоёв в твердотельных структурах, включая резонансно-туннельные диоды (для ямы используется кремний или фторид кадмия)[2]. Кроме того, рассматриваются варианты задействования таких плёнок в полевых транзисторах с изолированным затвором различных архитектур[3], вместо традиционного для микроэлектроники материала SiO2 и high-k-оксидов.
Слои фторида при этом выращиваются методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках кристаллического кремния[2][3]; высокое качество обеспечивается благодаря близости постоянных решётки Si и CaF2.
См. также
правитьПримечания
править- ↑ Фторида кальция монокристалл оптический (CaF2) . Ангарский электролизный химический комбинат. Дата обращения: 28 марта 2010. Архивировано 2 марта 2005 года.
- ↑ 1 2 M. Watanabe et al. CaF2/CdF2 double-barrier Resonant Tunneling Diode with high room-temperature peak-to-valley ratio . Jpn. J. Appl. Phys., v. 39, no. 7B, p. L716 (2000). Дата обращения: 13 декабря 2020.
- ↑ 1 2 Ultradünne Isolatoren ebnen Weg zu weiterer Miniaturisierung bei Mikrochips . DerStandard (28 июля 2019). Дата обращения: 13 декабря 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.