Hydrogen fluoride
פלואוריד המימן הוא תרכובת אי אורגנית בעלת הנוסחה הכימית HF. זהו גז רעיל מאוד, חסר צבע, או נוזל שהופך לחומצה מימנית במגע עם מים. פלואוריד המימן הוא המקור התעשייתי העיקרי לפלואור, לרוב בצורה של חומצה מימנית, והוא חומר יסוד חשוב בהכנת תרכובות רבות כגון תרופות ופולימרים כמו פוליטטראפלואורואתילן (PTFE). בנוסף, פלואוריד המימן משמש בתעשיית הפטרוכימיה כמרכיב של סופר-חומצות. בגלל קשרי המימן החזקים והנרחבים, רתיחתו קרובה לטמפרטורת החדר, טמפרטורה גבוהה יותר מאשר ההלידים האחרים של מימן.
פלואוריד המימן הוא גז מאוד מסוכן, היוצר חומצה מימנית קורוזיבית וחודרת במגע עם לחות. הגז יכול גם לגרום לעיוורון על ידי הרס מהיר של הקרניות.
היסטוריה[עריכה]
בשנת 1771, כימאי שוודי כרל וילהלם שלה הכין את התמיסה המימית של חומצה מימנית, אם כי היא הייתה ידועה בתעשיית הזכוכית לפני כן. הכימאי הצרפתי אדמונד פרמי (1814–1894) מזוהה עם גילוי פלואוריד המימן (HF) בעת ניסיונו לבודד פלואור.
מבנה ותגובות[עריכה]
פלואוריד המימן הוא דו-אטומי במצב גזי. כנוזל, פלואוריד המימן יוצר קשרי מימן יחסית חזקים, ולכן נקודת הרתיחה שלו גבוהה יחסית. פלואוריד המימן המוצק מורכב משרשראות מתפתלות של מולקולות HF. המולקולות של HF, עם קשר קוולנטי קצר של H–F באורך 95 פיקומטר, מחוברות למולקולות השכנות על ידי מרחקי H–F בין-מולקולריים של 155 פיקומטר. פלואוריד המימן הנוזלי מורכב גם הוא משרשראות של מולקולות HF, אך השרשראות קצרות יותר, ומכילות בממוצע רק חמש או שש מולקולות.
השוואה עם הלידים האחרים של מימן[עריכה]
פלואוריד המימן לא מתחיל לרתח עד 20 מעלות צלזיוס, לעומת ההלידים הכבדים יותר של מימן, שרותחים בין -85 מעלות צלזיוס ל-35 מעלות צלזיוס. קשרי המימן בין מולקולות HF מובילים לצמיגות גבוהה במצב הנוזלי וללחץ נמוך יותר מהצפוי במצב הגזי.
תמיסות מימיות[עריכה]
פלואוריד המימן מסיס במים (מסוגל להיסף בכל יחס). לעומת זאת, להלידים האחרים של מימן יש מגבלות ספציפיות של מסיסות במים. חומצה מימנית נוצרת מפלואוריד המימן. כאשר היא מדוללת, חומצה מימנית מתנהגת כחומצה חלשה, לעומת החומצות ההלוגניות האחרות, בגלל יצירת זוגות יונים המקושרים בקשרי מימן [[[:תבנית:H3O+]]·F−]. עם זאת, תמיסות מרוכזות הן חומצות חזקות, כי אניוני דו-פלואוריד דומיננטיים, במקום זוגות יונים. בפלואוריד המימן האנהידרית הנוזלית, מתרחשת התיינות עצמית:
שיוצרת נוזל חומצי מאוד (H0 = −15.1).
תגובות עם חומצות לואיס[עריכה]
כמו מים, פלואוריד המימן יכול להתנהג כבסיס חלש, ולהגיב עם חומצות לואיס כדי ליצור סופר-חומצות. ערך של פונקציית חומציות האמט (H0) של -21 מתקבל עם פנטה-פלואוריד האנטימון (SbF5), ויוצר חומצה פלואור-אנטימונית.
ייצור[עריכה]
פלואוריד המימן מיוצר בדרך כלל על ידי התגובה בין חומצה גופרתית לבין דרגות נקיות של המינרל פלואוריט:
כ-20% מפלואוריד המימן המיוצר הוא תוצר לוואי של ייצור דשנים, המייצר חומצה הקסה-פלואורוסיליצית. חומצה זו יכולה להתפרק כדי לשחרר HF תרמית ועל ידי הידרוליזה:
שימושים[עריכה]
בדרך כלל, פלואוריד המימן האנהידרי נפוץ יותר בתעשייה מאשר התמיסה המימית שלו, חומצה מימנית. השימוש העיקרי שלו, לפי כמות טונות, הוא כמקדים לתרכובות אורגנופלואוריניות וכמקדים לקריוליט עבור האלקטרוליזה של אלומיניום.
מקדים לתרכובות אורגנופלואוריניות[עריכה]
פלואוריד המימן מגיב עם כלורוקרבונים כדי ליצור פלואורוקרבונים. יישום חשוב של תגובה זו הוא יצירת טטרהפלואורואתילן (TFE), מקדים לטפלון. כלורופורם מנוצל על ידי HF כדי ליצור כלורודיפלואורומתאן (R-22):
פירוליזה של כלורודיפלואורומתאן (בטמפרטורה של 550-750 מעלות צלזיוס) מניבה TFE.
פלואוריד המימן הוא ממס ריאקטיבי באלקטרוכימיה של פלואורינציה של תרכובות אורגניות. במקרה זה, פלואוריד המימן מוקסד בנוכחות הידרוקרבון והפלואור מחליף את קשרי C–H בקשרי C–F bonds. חומצות קרבוקסיליות וחומצות סולפוניות פלואוריניות מיוצרות בדרך זו.
1,1-דיפלואורואתאן מיוצר על ידי הוספת HF לאצטילן תוך שימוש בכסף כקטליזטור.
המולקולה הביניימית בתהליך זה היא ויניל פלואוריד או פלואורואתילן, המקדים המונומרי לפוליוויניל פלואוריד.
מקדים לפלואורידי מתכות ופלואור[עריכה]
מציית האלקטרוליזה של אלומיניום מסתמך על אלקטרוליזה של פלואוריד אלומיניום בקריוליט מוצק. כמה קילוגרמים של HF משמשים עבור כל טון של אלומיניום שמיוצר. פלואורידי מתכות נוספים מיוצרים תוך שימוש ב-HF, כולל טטרה-פלואוריד האורניום.
פלואוריד המימן הוא המקדים לפלואור יסודי, F2, על ידי אלקטרוליזה של תמיסה של HF ודו-פלואוריד האשלגן. דו-פלואוריד האשלגן נחוץ מכיוון שפלואוריד המימן אנהידרי אינו מוליך חשמל. מספר אלפי טונות של F2 מיוצרות מדי שנה.
קטליזטור[עריכה]
פלואוריד המימן משמש כקטליזטור בתהליכי אלקילציה במספנות. הוא משמש ברוב מתקני ייצור המותקנים של בנזן ליניארי אלקילי. התהליך כולל דחוזגנציה של n-פראפינים לאולפינים, ובהמשך תגובה עם בנזן תוך שימוש ב-HF כקטליזטור. למשל, במספנות הנפט מיוצר "אלקילט", מרכיב של בנזין בעל מספר אוקטן גבוה, ביחידות אלקילציה, המחברות C3 ו-C4 אולפינים ו-iso-בוטאן.
ממס[עריכה]
פלואוריד המימן הוא ממס מצוין. הוא משקף את יכולת פלואוריד המימן להשתתף בקשרי מימן, ואפילו חלבונים ופחמימות מסיסים ב-HF וניתן להפרידם ממנו. לעומת זאת, רוב הכימיקלים האי אורגניים שאינם פלואורידים מגיבים עם HF במקום להיסף.
השפעות על הבריאות[עריכה]
פלואוריד המימן הוא מאוד קורוזיבי ורעיל למגע. חשיפה דורשת טיפול רפואי מיידי. הוא יכול לגרום לעיוורון על ידי הרס מהיר של הקרניות. שאיפת פלואוריד המימן בריכוזים גבוהים או בשילוב עם מגע עור יכולה לגרום למוות מפעימה לא סדירה או מאודמה ריאתית (צבירת נוזלים בריאות).
