Фторид кальцію

Флуори́д ка́льцію — неорганічна бінарна сполука складу CaF₂. Має іонну кристалічну ґратку. Являє собою тверду, прозору у чистому вигляді речовину. У природі зустрічається у вигляді мінералу флюориту. Використовується у промисловості як флюс в металургії, для виробництва плавикової кислоти, в оптиці. Нетоксичний.

Знаходження в природі

Шаблон:Main В природі флуорид кальцію зустрічається у вигляді мінералу флюориту. Забарвлення мінералу буває найрізноманітнішим: найхарактерніша фіолетова і зелена, рідше — блакитна, жовта, рожева, часто перемежаються зелені і фіолетові смуги. Оптичний флюорит безбарвний. Блиск скляний. Просвічує або прозорий, темні різновиди просвічують, рідше непрозорі. Твердість 4, густина 3,2. Крихкий. Спайність досконала по октаедру. Сингонія кубічна. Форма кристалів — куби або октаедри. Характерні двійники проростання. Зазвичай мінерал утворює щільні або зернисті маси, або шестоваті і радіально-променисті агрегати.

Флюорит зустрічається, головним чином, як жильний мінерал в асоціації з кальцитом, баритом, кварцом, а також з сульфідами свинцю, цинку і інших металів, рідше — в пегматитах.

Промислова здобич флюориту ведеться з практично мономінеральних жил. Провідні світові постачальники флюориту — Мексика, Монголія, ПАР, Іспанія, Китай. Родовища флюориту є також у Франції, Німеччині, Великій Британії. Більше половини всього флюориту витрачається в хімічній промисловості для виробництва плавикової кислоти, з якої отримують органічні і неорганічні речовини, що фторують, а також штучний кріоліт для потреб алюмінієвої промисловості. Другий найбільший споживач флюориту — чорна металургія, де він використовується як флюс в плавильних печах.

У 19 столітті у Великій Британії як камінь декоративно-виробу широко застосовувався синювато-фіолетовий і зелений флюорит (Синій Джон, Зелений Джон). Оптичний флюорит в роки Другої світової війни був стратегічною сировиною, необхідною для виготовлення приладів нічного бачення.

Фізичні та фізико-хімічні властивості

Модель кристалічної градки флюориту. Кожний атом кальцію оточений 8-ма атомами фтору, тоді як кожний атом фтору оточений 4-ма атомами кальцію

Безбарвні, крихкі діамагнітні кристали (в порошку — білі). Твердість за шкалою Мооса - 4. До температури 1150 °C стабільний α-CaF₂ з кубічною градкою (а = 0,54626 нм, z=4, Fm3m), при температурі близько 1150 °C відбувається поліморфний перехід до невпорядкованої β-модифікації тетрагональної сингонії з температурою плавлення 1423 °C. Тиск пари при 1625 °C = 1,0 мм. рт.ст., при 1850 °C = 10 мм. рт. ст.

Термодинамічні характеристики
Стандартна ентальпія утворення ΔH(solid) (298 К, кДж/моль)	-1214,6
Стандартна енергія Гіббса утворення ΔG(solid) (298 К, кДж/моль)	-1161,9
Стандартна ентропія утворення S(solid) (298 К, Дж/(моль·K))	68,87
Стандартна мольна теплоємність Cp(solid) (298 К, Дж/(моль·K))	67,03
Стандартна ентальпія утворення ΔH(gas) (298 К, кДж/моль)	-784
Стандартна ентропія утворення S(gas) (298 К, Дж/(моль·K))	274
Стандартна мольна теплоємність Cp(gas) (298 К, Дж/(моль·K))	51
Ентальпія плавлення ΔHпл. (кДж/моль)	29,7
Ентальпія кипіння ΔHкип. (кДж/моль)	305
Ентальпія поліморфного переходу ΔHперех. (кДж/моль)	4,77

Інші характеристики
Коефіцієнт теплопровідності (Вт/(м·K))	9,71
Коефіцієнт термічного розширення (К-1)	18,5×10-6
Питома теплоємність (Дж/(кг·К))	854
Діелектрична стала (f = 1 Мгц)	6,76
Модуль Юнга Е (ГПа)	75,8
Модуль зсуву G (ГПа)	33,77
Модуль об'ємної деформації К (ГПа)	82,71
Межа пружності (МПа)	36,54
Коефіцієнт Пуасона ν	0,26

Погано розчиняється у воді (16 мг/л при 18 °C).

Хімічні властивості

При нагріванні флуорид кальцію реагує з водою та кислотами:

$\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{t}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{F}$

$\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{t}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{F}$

Його використовують як агента для флуорування — для отримання флуоридів як металів, так і неметалів:

$\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{5}\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{P}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{5}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{P}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}$

Сполука може утворювати змішані флуориди:

$\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{a}}_{\mathrm{3}}\mathrm{[}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{]}}_{\mathrm{2}}$

Отримання

У промислових масштабах флуорид кальцію добувають з мінералів (головним чином, з флюориту). В лабораторних умовах його можна синтезувати декількома способами:

• дією флуоридної кислоти та її солей на сполуки кальцію:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{F}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{C}\mathrm{l}$

• розкладанням гексафлуоросилікату кальцію:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{[}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_{\mathrm{6}}\mathrm{]}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}$

• безпосередньою взаємодією простих сполук:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{200-400^{o}C}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}$

Застосування

Флуорид кальцію застосовують у виробництві флуориду натрію, плавикової кислоти, флуоридів фосфору, флюсів для металургії і для виготовлення опалесцентного скла, яке поглинає нейтрони. Також CaF₂ застосовується у стоматологічній практиці.

Див. також

• Флуориди
• Флюорит

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru