FLUORURĂ DE CALCIU (CAF2): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - FIZIC - 2025

Fluorura de calciu este un anorganic cuprinde un solid atom de calciu (Ca) și doi atomi de fluor (F). Formula sa chimică este CaF ₂ și este un cristalin alb-gri solid.

În natură se găsește în fluorura minerală sau fluor. Există în mod natural în oase și dinți. Fluorita minerală este principala sursă folosită pentru obținerea altor compuși de fluor.

Solid CaF ₂ de fluorură de calciu . w: Utilizator: Walkerma în iunie 2005. Sursa: Wikimedia Commons.

În plus, CaF ₂ este utilizat pentru prevenirea cariilor dentare, motiv pentru care se adaugă materialelor folosite de medicii stomatologi pentru vindecarea lor. De fapt, fluorura de calciu se adaugă și apei potabile (apă potabilă), astfel încât populația beneficiază de consumul acesteia și de spălarea dinților.

CaF ₂ este folosit sub formă de cristale mari în echipamente optice și camere de luat vederi. De asemenea, este utilizat în dispozitive mici care sunt utilizate pentru a detecta cât de mult a fost expusă o persoană la radioactivitate.

Structura

Fluorură de calciu CaF ₂ este un compus ionic format dintr - un calciu Ca ²⁺ cation și două F fluorură ^- anioni . Cu toate acestea, unele surse de informații indică faptul că legăturile lor au un anumit caracter covalent.

Structura fluorurii de calciu CaF ₂ . Albastru: calciu; Fluor galben. Claudio Pistilli. Sursa: Wikimedia Commons.

Nomenclatură

Fluorură de calciu

Proprietăți

Stare fizică

Solid incolor până la gri-alb cu structură cristalină cubică.

Structura cristalină cubică CaF ₂ . Benjah-bmm27. Sursa: Wikimedia Commons.

Greutate moleculară

78,07 g / mol

Punct de topire

1418 ºC

Punct de fierbere

2533 ºC

Densitate

3,18 g / cm ³ la 20 ° C

Indicele de refracție

1.4328

Solubilitate

Este insolubil în apă la 20 ° C. Aproape insolubil la 25 ° C: 0,002 g / 100 ml apă. Ușor solubil în acizi.

Proprietăți chimice

Proprietățile sale oxidante sau reducătoare sunt foarte slabe, cu toate acestea aceste reacții pot apărea. Deși, în general, în foarte puține cazuri.

Este inert față de substanțele chimice organice și de mulți acizi, inclusiv acidul fluorhidric HF. Se dizolvă lent în acidul azotic HNO ₃ .

Nu este inflamabil. Nu reacționează rapid cu aerul sau apa.

Datorită afinității scăzute pentru apă, chiar dacă este expusă la un procent ridicat de umiditate, nu o afectează chiar și până la o lună la temperatura normală a camerei.

În prezența umidității, pereții cristalelor sale se dizolvă încet la temperaturi peste 600 ° C. În medii uscate poate fi utilizat până la aproximativ 1000 ° C, fără a fi afectat în mod considerabil.

Prezența în natură

Fluorura de calciu CaF ₂ se găsește în mod natural în fluorura minerală sau în fluor.

Deși pur CaF ₂ este incolor, fluorit mineral este adesea colorat de prezența electronilor prinse în „găuri“ în structura cristalină.

Acest mineral este foarte apreciat pentru strălucirea sticloasă și varietatea de culori (violet, albastru, verde, galben, incolor, maro, roz, negru și portocaliu roșiatic). Se spune că este „cel mai colorat mineral din lume”.

Fluorita dintr-o mină din Franța. Muséum de Toulouse. Sursa: Wikimedia Commons.

Fluorita (cristale albastre) de la Muzeul Natural din Milano. Giovanni Dall'Orto. Sursa: Wikimedia Commons.

Fluorita dintr-o mină din Anglia. Didier Descouens. Sursa: Wikimedia Commons.

Fluorita dintr-o mină din Franța. Didier Descouens. Sursa: Wikimedia Commons.

Fluorita dintr-o mină din SUA. Autor: Jurema Oliveira. Sursa: Wikimedia Commons.

Fluorura de calciu se găsește și în oase în cantități cuprinse între 0,2 și 0,65%, precum și în smalțul dinților în 0,33-0,59%.

Aplicații

- În obținerea compușilor de fluor

Fluorina minerală CaF ₂ este sursa de bază sau majoritară de fluor la nivel mondial. Este materia primă pentru prepararea aproape tuturor compușilor de fluor.

Cel mai important dintre acestea este acidul fluorhidric HF, din care sunt preparați ceilalți compuși fluorurați. Ionul de fluor F ^- este eliberat din mineral prin reacția acestuia cu acid sulfuric concentrat H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (solid) + H ₂ SO ₄ (lichid) → CaSO ₄ (solid) + 2 HF (gaz)

- În îngrijirea dinților

Fluorura de calciu CaF ₂ este un agent pentru prevenirea cavităților. Se folosește pentru fluorizarea apei potabile (apă care poate fi băută) în acest scop.

În plus, concentrațiile scăzute de F ^- fluorură (de ordinul 0,1 părți per milion) utilizate în pastele de dinți și mouthwashes s- au dovedit a avea un efect pozitiv profund in cariilor ingrijire dentara preventiva.

Fluorura de calciu ajută la prevenirea cavităților. Autor: Annalize Batista. Sursa: Pixabay.

Nanoparticule CaF

Desi fluorurile sunt utilizate în pastele de dinți și clătiri, concentrația scăzută de calciu (Ca) în mijloacele de saliva care CaF ₂ depozite nu se formează pe dinții cât mai eficient posibil.

De aceea , o modalitate de a obține CaF ₂ pulbere ca nanoparticule a fost conceput .

Pentru aceasta, se folosește un uscător de spray (din engleză spray-dryer) unde se amestecă două soluții (una de hidroxid de calciu Ca (OH) ₂ și una de fluorură de amoniu NH ₄ F) în timp ce sunt pulverizate într-o cameră cu debit de aer cald.

Atunci are loc următoarea reacție:

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

NH ₄ OH volatilizează ca NH ₃ și H ₂ O și Caf ₂ nanoparticule rămân .

Au o reactivitate ridicată și o solubilitate mai mare, ceea ce le face mai eficiente pentru remineralizarea dinților și ca anticari.

- În lentile pentru echipamente optice

Fluorura de calciu este utilizată pentru a construi elemente optice, cum ar fi prisme și ferestre ale spectrofotometrelor ușoare cu infraroșu și ultraviolete.

Aceste dispozitive ne permit să măsurăm cantitatea de lumină absorbită de un material atunci când trece prin el.

CaF ₂ este transparent în astfel de regiuni ale spectrului luminos, are un indice de refracție extrem de scăzut și permite o rezoluție mai eficientă decât cea a NaCl în intervalul 1500-4000 cm ^{- 1} .

Datorită stabilității sale chimice, poate rezista la condiții adverse, astfel încât CaF ₂ elemente optice nu sunt atacate. Are și o duritate mare.

În camerele de filmat

Unii producători de camere fotografice folosesc lentile CaF ₂ cristalizate artificial pentru a reduce împrăștierea luminii și pentru a realiza o corecție excelentă pentru denaturarea culorii.

Unele camere au lentile CaF _{2 cu} fluor de calciu pentru a reduce denaturarea culorii. Bill Ebbesen. Sursa: Wikimedia Commons.

- În industria metalurgică

CaF ₂ este utilizat ca agent de curgere în industria metalurgică, deoarece este o sursă de calciu insolubil în apă și, prin urmare, eficient în aplicații sensibile la oxigen.

Este utilizat pentru topirea și prelucrarea fierului și a oțelului sub formă lichidă. Aceasta se bazează pe faptul că are un punct de topire similar cu cel al fierului și, de asemenea, că poate dizolva oxizi și metale.

- În detectoarele de radioactivitate sau radiații periculoase

CaF ₂ este un material termoluminiscent. Aceasta înseamnă că poate absorbi radiații în electronii structurii sale cristaline și, mai târziu, atunci când este încălzit, îl poate elibera sub formă de lumină.

Această lumină emisă poate fi măsurată printr-un semnal electric. Acest semnal este proporțional cu cantitatea de radiație a materialului primit. Înseamnă că, cu cât este mai mare cantitatea de radiații primite, cu atât cantitatea de lumină pe care o va emite după ce a fost încălzită.

Acesta este motivul pentru care CaF ₂ este utilizat în așa-numitele dozimetre personale, care sunt utilizate de persoane expuse radiațiilor periculoase și doresc să știe cât de multe radiații au primit într-o perioadă de timp.

- Alte utilizări

- Este utilizat ca catalizator în reacțiile chimice de deshidratare și dehidrogenare pentru sinteza compușilor organici.

- Este utilizat în electrozii de sudare alcalini. Se obține o sudură mai puternică decât în ​​cazul electrozilor cu acid. Acești electrozi sunt utili la fabricarea de nave și vase de oțel de înaltă presiune.

- Ca supliment alimentar în cantități extrem de mici (ppm sau părți pe milion).

Sudarea omului. Electrozii de fluorură de calciu CaF ₂ formează suduri mai puternice. William M. Plate Jr .. Sursa: Wikimedia Commons.

Referințe

1. Pirmoradian, M. și Hooshmand, T. (2019). Remineralizarea și capacitățile antibacteriene ale nanocompozitelor dentare pe bază de rășină. Sinteza și caracterizarea fluorurii de calciu (CaF ₂ ). În aplicațiile materialelor nanocompozite în stomatologie. Recuperat de la sciencedirect.com.
2. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Fluorură de calciu. Recuperat din pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Sudare manuală cu arc metalic (MMA) cu electrozi înveliți. În manualul proceselor de sudare (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Hanning, M. și Hanning, C. (2013). Nanobiomateriale în stomatologie preventivă. Fluorură de calciu nanosizată. În nanobiomateriale în stomatologie clinică. Recuperat de la sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Grupul 17 (H, F, Cl, Br, I) Compuși alcalini ai Pământului. Fluorură de calciu. În enciclopedia compușilor pământului alcalini Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
7. Valkovic, V. (2000). Măsurători ale radioactivității. În radioactivitate în mediu. Detectoare termoluminiscente (TLD). Recuperat de la sciencedirect.com.