KALSIUMFLUORIDI (CAF2): RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - FYYSINEN - 2025

Kalsiumfluoridia on epäorgaaninen kiinteä aine käsittää kalsium- atomin (Ca) ja kaksi fluoriatomia (F). Sen kemiallinen kaava on CaF ₂, ja se on kiteinen harmahtavan valkoisena kiinteänä aineena.

Luonnossa sitä esiintyy mineraalifluoritissa tai fluorilaitteessa. Se esiintyy luonnossa luissa ja hampaissa. Mineraalifluoriitti on pääasiallinen lähde, jota käytetään muiden fluoriyhdisteiden saamiseen.

Kiinteä CaF ₂ -kalsiumfluoridi. w: Käyttäjä: Walkerma kesäkuussa 2005. Lähde: Wikimedia Commons.

Lisäksi CaF _2: ta käytetään estämään hampaiden rappeutuminen, minkä vuoksi sitä lisätään materiaaleihin, joita hammaslääkärit käyttävät niiden parantamiseksi. Itse asiassa kalsiumfluoridia lisätään myös juomaveteen (juomaveteen), jotta väestö hyötyy sen juomisesta ja hampaiden harjaamisesta.

CaF _2: ta käytetään suurina kiteinä optisissa laitteissa ja kameroissa. Sitä käytetään myös pienissä laitteissa, joilla havaitaan, kuinka paljon henkilö on altistunut radioaktiivisuudelle.

Rakenne

Kalsiumfluoridia CaF ₂ on ioninen yhdiste, joka muodostuu kalsium Ca ^{2 +} kationi ja kaksi fluoria F ^- anioneja. Jotkut tietolähteet osoittavat kuitenkin, että niiden linkkillä on tietty kovalenttinen luonne.

Kalsiumfluoridin CaF ₂ rakenne. Sininen: kalsium; Keltainen fluori. Claudio Pistilli. Lähde: Wikimedia Commons.

nimistö

Kalsiumfluoridi

ominaisuudet

Fyysinen tila

Väritön tai harmahtavanvalkoinen kiinteä aine, jonka kiteinen rakenne on kuutiometriä.

Kuutio kiderakenne CaF ₂. Benjah-bmm27. Lähde: Wikimedia Commons.

Molekyylipaino

78,07 g / mol

Sulamispiste

1418 ° C

Kiehumispiste

2533 ° C

Tiheys

3,18 g / cm ³ 20 ° C: ssa

Taitekerroin

1,4328

Liukoisuus

Se ei liukene veteen 20 ° C: ssa. Lähes liukenematon 25 ° C: ssa: 0,002 g / 100 ml vettä. Liukenee heikosti happoihin.

Kemiallisia ominaisuuksia

Sen hapettavat tai pelkistävät ominaisuudet ovat erittäin heikot, mutta näitä reaktioita voi tapahtua. Vaikka yleensä vain harvoissa tapauksissa.

Se on inertti orgaanisille kemikaaleille ja monille hapoille, mukaan lukien HF-fluorivetyhappo. Se liukenee hitaasti typpihappoon HNO ₃.

Se ei ole palavaa. Se ei reagoi nopeasti ilman tai veden kanssa.

Koska se on alhaisella veden affiniteetilla, vaikka se altistuu korkealle kosteusprosentille, se ei vaikuta siihen edes kuukauden ajan normaalissa huoneenlämpötilassa.

Kosteuden ollessa sen kiteiden seinämät liukenevat hitaasti yli 600 ° C lämpötilassa. Kuivissa olosuhteissa sitä voidaan käyttää noin 1000 ° C lämpötilaan ilman, että siihen vaikuttaa tuntuvasti.

Läsnäolo luonnossa

Kalsiumfluoridi CaF ₂ löytyy luonnostaan ​​mineraalifluoritista tai fluorilaitteesta.

Vaikka puhdas CaF ₂ on väritön, mineraali Fluoriitti on usein värjätty läsnäolo elektronien loukkuun "reikiin" kiderakenne.

Tämä mineraali on erittäin arvostettu lasimaisesta kiildestään ja erilaisista väreistä (violetti, sininen, vihreä, keltainen, väritön, ruskea, vaaleanpunainen, musta ja punertavan oranssi). Sen sanotaan olevan "värillisin mineraali maailmassa".

Fluoriitti Ranskan kaivoksesta. Muséum de Toulouse. Lähde: Wikimedia Commons.

Fluoriitti (siniset kiteet) Milanon luonnonmuseosta. Giovanni Dall'Orto. Lähde: Wikimedia Commons.

Fluoriitti Englannin kaivoksesta. Didier Descouens. Lähde: Wikimedia Commons.

Fluoriitti Ranskan kaivoksesta. Didier Descouens. Lähde: Wikimedia Commons.

Fluoriitti USA: n kaivoksesta. Kirjoittaja: Jurema Oliveira. Lähde: Wikimedia Commons.

Kalsiumfluoridia löytyy myös luista määrinä, jotka ovat välillä 0,2 - 0,65%, ja myös hampaiden emalissa, 0,33 - 0,59%.

Sovellukset

- Saadaan fluoriyhdisteitä

Mineraalifluoriitti CaF ₂ on fluorin emäksinen tai suurin osa lähde maailmanlaajuisesti. Se on raaka-aine melkein kaikkien fluoriyhdisteiden valmistamiseksi.

Tärkein näistä on fluorivetyhappo HF, josta muut fluoratut yhdisteet valmistetaan. Fluoridi-ionin F ^- vapautuu mineraali saattamalla se reagoimaan väkevän rikkihapon H ₂ SO ₄:

CaF ₂ (kiinteä) + H ₂ SO ₄ (neste) → CaSO ₄ (kiinteä) + 2 HF: llä (kaasu)

- Hampaiden hoidossa

CaF ₂ -kalsiumfluoridi on aine onkalojen ehkäisyyn. Sitä käytetään juomaveden (juomakelpoisen veden) fluoraamiseen tätä tarkoitusta varten.

Lisäksi pieninä pitoisuuksina F ^- fluoridi (suuruusluokkaa 0,1 ppm), jota käytetään hammastahnoissa ja suuvedet, on osoitettu olevan syvällinen positiivinen vaikutus karieksen ehkäisevä hammashoitoa.

Kalsiumfluoridi auttaa estämään onteloita. Kirjoittaja: Annalize Batista. Lähde: Pixabay.

CaF-nanohiukkaset

Vaikka fluorideja käytetään hammastahnoissa ja huuhtelua, alhainen pitoisuus kalsiumia (Ca) syljessä tarkoittaa, että CaF ₂ talletukset ei muodostu hampaisiin mahdollisimman tehokkaasti.

Siksi on kehitetty tapa saada CaF _2- jauhe nanohiukkasina.

Tämän, suihkukuivauksella (alkaen Englanti spray-kuivain) käytetään, jossa kaksi liuosta (yksi kalsiumhydroksidia Ca (OH) ₂ ja yksi ammoniumfluoridia NH ₄ F) sekoitetaan, kun ne ruiskutetaan kammioon, jossa on virtauksen kuumaa ilmaa.

Sitten tapahtuu seuraava reaktio:

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

NH ₄ OH haihduttaa kuten NH ₃ ja H ₂ O ja CaF ₂ nanohiukkasten edelleen.

Niillä on korkea reaktiivisuus ja suurempi liukoisuus, mikä tekee niistä tehokkaampia hampaiden mineralisoinnissa ja antibakteerina.

- Optisten laitteiden linsseissä

Kalsiumfluoridia käytetään optisten elementtien, kuten infrapuna- ja ultraviolettivalon (UV) valospektrofotometrien prismien ja ikkunoiden rakentamiseen.

Näiden laitteiden avulla voimme mitata valon määrän, jonka materiaali imee sen läpi.

CaF ₂ on läpinäkyvä tällaisilla alueilla valon spektrin, on taitekerroin erittäin pieni ja mahdollistaa tehokkaamman erottelukyky kuin NaCl-alueella 1500-4000 cm ^{- 1}.

Kemiallisen stabiiliudensa ansiosta se kestää haitallisia olosuhteita, joten CaF ₂ -optiikkaelementteihin ei kohdistu hyökkäystä. Sillä on myös korkea kovuus.

Kameroissa

Jotkut valokuvakameravalmistajat käyttävät keinotekoisesti kiteytettyjä CaF ₂ -linssejä valon sironnan vähentämiseksi ja värien vääristymisen erinomaisen korjaamiseksi.

Joissakin kameroissa on kalsiumfluoridi CaF ₂ -linssejä värin vääristymien vähentämiseksi. Bill Ebbesen. Lähde: Wikimedia Commons.

- Metalliteollisuudessa

CaF _2: ta käytetään sulatusaineena metallurgisessa teollisuudessa, koska se on veteen liukenemattoman kalsiumin lähde ja siksi tehokas happiherkissä sovelluksissa.

Sitä käytetään raudan ja teräksen sulamiseen ja prosessointiin nestemäisessä muodossa. Tämä perustuu siihen tosiseikkaan, että sen sulamispiste on samanlainen kuin raudan ja että se voi liuottaa oksidit ja metallit.

- Radioaktiivisuuden tai vaarallisen säteilyn ilmaisimissa

CaF ₂ on termoluminoivaa materiaalia. Tämä tarkoittaa, että se voi absorboida säteilyä kiteisen rakenteensa elektronissa ja myöhemmin kuumennettuaan vapauttaa sen valon muodossa.

Tämä säteilevä valo voidaan mitata sähköisellä signaalilla. Tämä signaali on verrannollinen vastaanotetun materiaalin säteilymäärään. Se tarkoittaa, että mitä suurempi vastaanotetun säteilyn määrä, sitä suurempi valon määrä se säteilee kuumentamisen jälkeen.

Siksi CaF _2: ta käytetään ns. Henkilökohtaisissa annosmittarissa, joita käyttävät ihmiset, jotka ovat alttiina vaaralliselle säteilylle ja haluavat tietää, kuinka paljon säteilyä he ovat saaneet tietyn ajanjakson aikana.

- muu käyttö

- Sitä käytetään katalysaattorina dehydraation ja dehydrauksen kemiallisissa reaktioissa orgaanisten yhdisteiden synteesissä.

- Sitä käytetään alkalihitsauselektrodoissa. Saadaan vahvempi hitsaus kuin happoelektrodoilla. Nämä elektrodit ovat käyttökelpoisia alusten ja korkeapaineisten teräsastioiden valmistuksessa.

- Ravintolisä erittäin pieninä määrinä (ppm tai miljoonasosina).

Mies hitsaa. CaF ₂ -kalsiumfluoridielektrodit muodostavat vahvempia hitsauksia. William M. Plate Jr.. Lähde: Wikimedia Commons.

Viitteet

1. Pirmoradian, M. ja Hooshmand, T. (2019). Hartsipohjaisten hammaslääketieteellisten nanokomposiittien Remineralization ja antibakteeriset kyvyt. Kalsiumfluoridin (CaF ₂) synteesi ja karakterisointi. Nanokomposiittimateriaalien sovelluksissa hammaslääketieteessä. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
2. Yhdysvaltain lääketieteellinen kirjasto. (2019). Kalsiumfluoridi. Palautettu pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Manuaalinen metallikaarihitsaus (MMA) päällystetyillä elektrodeilla. Hitsausprosessien käsikirjassa (toinen painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
4. Hanning, M. ja Hanning, C. (2013). Nanobiomateriaalit ennaltaehkäisevässä hammaslääketieteessä. Nanosoitu kalsiumfluoridi. Nanobiomateriaaleissa kliinisessä hammaslääketieteessä. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Ryhmä 17 (H, F, Cl, Br, I) maa-alkaliyhdisteet. Kalsiumfluoridi. Maa-alkaliyhdisteiden tietosanakirjassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
7. Valkovic, V. (2000). Radioaktiivisuuden mittaukset. Ympäristön radioaktiivisuudesta. Termoluminesenssidetektorit (TLD). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.