KALCIJEV FLUORID (CAF2): ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE - FIZIČNO - 2026

Kalcijevega fluorida anorganska trdna snov obsega kalcijev atom (Ca) in dvema atomoma fluora (F). Njegova kemijska formula je CaF ₂ in je kristalna sivkasto bela trdna snov.

V naravi ga najdemo v mineralu fluorit ali fluorspar. Seveda obstaja v kosteh in zobeh. Mineralni fluorit je glavni vir, ki se uporablja za pridobivanje drugih spojin fluora.

Trdni kalcijev fluorid CaF ₂ . w: Uporabnik: Walkerma junija 2005. Vir: Wikimedia Commons.

Poleg tega se CaF ₂ uporablja za preprečevanje propadanja zob, zato ga dodajajo materialom, ki jih zobozdravniki uporabljajo za njihovo zdravljenje. V resnici se kalcijev fluorid doda tudi pitni vodi (pitna voda), tako da prebivalci koristijo pitje in umivanje zob.

CaF ₂ se uporablja v obliki velikih kristalov v optični opremi in kamerah. Uporablja se tudi v majhnih napravah, ki se uporabljajo za zaznavanje, koliko je bila oseba izpostavljena radioaktivnosti.

Struktura

Kalcijev fluorid CaF ₂ je ionska spojina, ki jo tvorita kalcijev kalcijev Ca ²⁺ in dva fluoridna F ^- aniona . Vendar nekateri viri informacij kažejo, da imajo njihove povezave določen kovalenten značaj.

Struktura kalcijevega fluorida CaF ₂ . Modra: kalcij; Rumeni fluor. Claudio Pistilli. Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

Kalcijev fluorid

Lastnosti

Fizično stanje

Brezbarvna do sivkasto bela trdna snov s kubično kristalno strukturo.

Kubična kristalna struktura CaF ₂ . Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Molekularna teža

78,07 g / mol

Tališče

1418 ºC

Vrelišče

2533 ºC

Gostota

3,18 g / cm ³ pri 20 ° C.

Lomni količnik

1.4328

Topnost

Netopen je v vodi pri 20 ° C. Skoraj netopna pri 25 ° C: 0,002 g / 100 ml vode. Rahlo topen v kislinah.

Kemijske lastnosti

Njegove oksidacijske ali redukcijske lastnosti so zelo šibke, vendar se lahko pojavijo te reakcije. Čeprav na splošno v zelo malo primerih.

Je inerten za organske kemikalije in številne kisline, vključno s HF fluorovodikovo kislino. Počasi se raztaplja v dušikovi kislini HNO ₃ .

Ni vnetljiv. Ne reagira hitro z zrakom ali vodo.

Zaradi nizke afinitete do vode, tudi če je izpostavljena visokemu deležu vlažnosti, na normalno sobno temperaturo ne vpliva niti do enega meseca.

Ob prisotnosti vlage se stene njegovih kristalov počasi raztopijo pri temperaturah nad 600 ° C. V suhem okolju se lahko uporablja do približno 1000 ° C, ne da bi pri tem bistveno vplival.

Prisotnost v naravi

Kalcijev fluorid CaF ₂ najdemo naravno v mineralnem fluoritu ali fluorsparu.

Čeprav je čisti CaF ₂ brezbarven, je mineralni fluorit pogosto obarvan s prisotnostjo elektronov, ujetih v "luknje" v kristalni strukturi.

Ta mineral je zelo cenjen zaradi svojega steklastega sijaja in raznolikosti barv (vijolična, modra, zelena, rumena, brezbarvna, rjava, roza, črna in rdečkasto oranžna). Pravijo, da je "najbolj obarvan mineral na svetu."

Fluorit iz rudnika v Franciji. Muséum de Toulouse Vir: Wikimedia Commons.

Fluorit (modri kristali) iz Prirodoslovnega muzeja v Milanu. Giovanni Dall'Orto. Vir: Wikimedia Commons.

Fluorit iz rudnika v Angliji. Didier Descouens. Vir: Wikimedia Commons.

Fluorit iz rudnika v Franciji. Didier Descouens. Vir: Wikimedia Commons.

Fluorit iz rudnika v ZDA. Avtor: Jurema Oliveira Vir: Wikimedia Commons.

Kalcijev fluorid najdemo tudi v kosteh v količinah med 0,2 in 0,65%, prav tako v sklenini zob v 0,33-0,59%.

Prijave

- pri pridobivanju fluorskih spojin

Mineralni fluorit CaF ₂ je osnovni ali večinski vir fluora po vsem svetu. Je surovina za pripravo skoraj vseh spojin fluora.

Najpomembnejši od njih je HF fluorovodikove kisline, iz katere pripravimo ostale fluorirane spojine. Floridni ion F ^- se iz minerala sprosti tako, da reagira s koncentrirano žveplovo kislino H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (trdna) + H ₂ SO ₄ (tekoča) → CaSO ₄ (trdna) + 2 HF (plin)

- Pri negi zob

CaF ₂ kalcijev fluorid je sredstvo za preprečevanje votlin. V ta namen se uporablja za fluoriranje pitne vode (vode, ki jo lahko pijemo).

Poleg tega se je pokazalo, da imajo nizke koncentracije F ^- fluorida (približno 0,1 dela na milijon), uporabljene v zobnih pastah in ustnih vodicah, globoko pozitiven učinek pri preventivni zobozdravstveni negi.

Kalcijev fluorid pomaga pri preprečevanju votlin. Avtor: Annalize Batista. Vir: Pixabay.

Nanodelci CaF

Čeprav se fluoridi uporabljajo v zobnih pastah in izpiranju, nizka koncentracija kalcija (Ca) v slini pomeni, da se na zob ne tvorijo kar najbolj učinkovite usedline CaF ₂ .

Zato je bil zasnovan način pridobivanja CaF ₂ praška kot nanodelcev.

Za to se uporablja razpršilna sušilnica (iz angleščine spray sušilnica), kjer se dve raztopini (ena kalcijevega hidroksida Ca (OH) ₂ in ena iz amonijevega fluorida NH ₄ F) mešata, medtem ko se razpršijo v komori s tokom vročega zraka.

Nato pride do naslednje reakcije:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CaF ₂ (trdno) + NH ₄ OH

NH ₄ OH izpareva kot NH ₃ in H ₂ O in CAF ₂ nanodelci ostanejo .

Imajo visoko reaktivnost in večjo topnost, zaradi česar so bolj učinkoviti za remineralizacijo zob in kot antikariati.

- V objektivih za optično opremo

Kalcijev fluorid se uporablja za gradnjo optičnih elementov, kot so prizme in okna infrardečih in ultravijoličnih (UV) svetlobnih spektrofotometrov.

Te naprave nam omogočajo, da izmerimo količino svetlobe, ki jo material absorbira, ko gre skozi njega.

V takih območjih svetlobnega spektra je CaF ₂ pregleden, ima ločitveni indeks izjemno nizek in omogoča učinkovitejšo ločljivost kot raztopina NaCl v območju 1500-4000 cm ^{- 1} .

Zahvaljujoč kemijski stabilnosti lahko prenese neugodne razmere, zato optični elementi CaF ₂ ne napadajo. Ima tudi visoko trdoto.

V kamerah

Nekateri proizvajalci fotografskih kamer uporabljajo umetno kristalizirane leče CaF _2, da zmanjšajo razpršitev svetlobe in dosežejo odlično korekcijo izkrivljanja barv.

Nekatere kamere imajo leče s kalcijevim fluoridom CaF ₂ za zmanjšanje barvnih izkrivljanj. Bill Ebbesen. Vir: Wikimedia Commons.

- V metalurški industriji

CaF ₂ se uporablja kot tekoče sredstvo v metalurški industriji, saj je vir kalcija, netopen v vodi in je zato učinkovit pri uporabi, ki je občutljiv na kisik.

Uporablja se za taljenje in predelavo železa in jekla v tekoči obliki. To temelji na dejstvu, da ima tališče podobno kot železo in da lahko raztaplja okside in kovine.

- V detektorjih radioaktivnosti ali nevarnega sevanja

CaF ₂ je termoluminiscenčen material. To pomeni, da lahko absorbira sevanje v elektronih svoje kristalne strukture in ga pozneje, ko se segreje, sprosti v obliki svetlobe.

Izpuščena svetloba se lahko meri z električnim signalom. Ta signal je sorazmeren količini sevanja prejetega materiala. Pomeni, da čim večja je količina prejetega sevanja, večja je količina svetlobe, ki jo bo oddajala po segrevanju.

Zato se CaF ₂ uporablja v tako imenovanih osebnih dozimetrih, ki jih uporabljajo ljudje, ki so izpostavljeni nevarnemu sevanju in želijo vedeti, koliko sevanja so v določenem času prejeli.

- druge uporabe

- Uporablja se kot katalizator pri kemijskih reakcijah dehidracije in dehidrogenacije za sintezo organskih spojin.

- Uporablja se v alkalnih elektrodah za varjenje. Dobi se močnejši zvar kot pri kislih elektrodah. Te elektrode so uporabne pri izdelavi ladij in visokotlačnih jeklenih posod.

- Kot prehransko dopolnilo v izjemno nizkih količinah (v ppm ali na milijon delov).

Človeško varjenje. CaF ₂ kalcijeve fluoridne elektrode tvorijo močnejše zvare. William M. Plate ml. Vir: Wikimedia Commons.

Reference

1. Pirmoradian, M. in Hooshmand, T. (2019). Remineralizacija in antibakterijske sposobnosti zobnih nanokompozitov na osnovi smol. Sinteza in karakterizacija kalcijevega fluorida (CaF ₂ ). V aplikacijah nanokompozitnih materialov v zobozdravstvu. Pridobljeno od sciencedirect.com.
2. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Kalcijev fluorid. Obnovljeno iz pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Ročno kovinsko obločno varjenje (MMA) z elektrodami s prevleko. Priročnik o postopkih varjenja (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Hanning, M. in Hanning, C. (2013). Nanobiomateriali v preventivni stomatologiji. Nanozirani kalcijev fluorid. V Nanobiomaterials iz klinične stomatologije. Pridobljeno od sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Skupina 17 (H, F, Cl, Br, I) alkalne zemeljske spojine. Kalcijev fluorid. V Enciklopediji alkalnih zemeljskih spojin. Pridobljeno od sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
7. Valković, V. (2000). Meritve radioaktivnosti. V radioaktivnosti v okolju. Termoluminescentni detektorji (TLD). Pridobljeno od sciencedirect.com.