Фторид кальцію

Флуорид кальцію — 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.

Флуорид кальцію
Назва за IUPAC	Кальцію флуорид
Інші назви	кальцієва сіль плавикової кислоти, фтористий кальцій, плавиковий шпат
Ідентифікатори
Номер CAS	7789-75-5
PubChem	24617
Номер EINECS	232-188-7
DrugBank	15962
Назва MeSH	D01.146.325 і D01.303.350.300.150
ChEBI	35437
RTECS	EW1760000
SMILES	[F-].[F-].[Ca+2][1]
InChI	InChI=1S/Ca.2FH/h;2*1H/q+2;;/p-2
Номер Гмеліна	18380
Властивості
Молекулярна формула	CaF2
Молярна маса	78,07 г/моль
Зовнішній вигляд	безбарвна/біла кристалічна тверда речовина
Запах	без запаху
Густина	3,181 г/см^3
Тпл	1423 °C[2]
Ткип	2533 °C
Розчинність (вода)	0,013 г/л (0 °C) 0,016 г/л (25 °C) 0,017 г/л (40 °C)[3]
Розчинність (неорганічні кислоти)	малорозчинний
Розчинність (ацетон)	нерозчинний
Кислотність (pKa)	1
Показник заломлення (nD)	1,4338 (589 нм)
Структура
Кристалічна структура	гранецентрована кубічна (див. текст), cF8
Просторова група	Fm3m, No. 225
Координаційна геометрія	Гексаедральна (Са^2+) Тетраедральна (F^–)
Небезпеки
ЛД50	4250 мг/кг (перорально, щурі)
Індекс ЄС	не зазначений
NFPA 704	0 0 0
Температура спалаху	незаймистий
Пов'язані речовини
Інші аніони	CaCl2, CaBr2, CaI2
Інші катіони	BeF2, MgF2, SrF2, BaF2, RaF2
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Знаходження в природі

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.[3]

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[4]
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:

${\displaystyle \mathrm {CaF_{2}+H_{2}O{\xrightarrow {t}}CaO+2HF} }$

${\displaystyle \mathrm {CaF_{2}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {t}}CaSO_{4}+2HF} }$

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

${\displaystyle \mathrm {3CaF_{2}+Al_{2}(SO_{4})_{3}\rightarrow 2AlF_{3}+3CaSO_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {5CaF_{2}+P_{2}O_{5}\rightarrow 2PF_{5}+5CaO} }$

Сполука може утворювати змішані флуориди:

${\displaystyle \mathrm {3CaF_{2}+2AlF_{3}\rightarrow Ca_{3}[AlF_{6}]_{2}} }$

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:

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}+2HF\rightarrow CaF_{2}+CO_{2}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {CaCl_{2}+2NH_{4}F\rightarrow CaF_{2}+2NH_{4}Cl} }$

• розкладанням гексафлуоросилікату кальцію:

${\displaystyle \mathrm {Ca[SiF_{6}]\rightarrow CaF_{2}+SiF_{4}} }$

• безпосередньою взаємодією простих сполук:

${\displaystyle \mathrm {Ca+F_{2}{\xrightarrow {200-400^{o}C}}CaF_{2}} }$

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 застосовуєтьcя у стоматологічній практиці.

Див. також

• Флуориди
• Флюорит

Примітки

1. Fluorite
2. H. Kojima, S. G. Whiteway, C. R. Masson: Melting points of inorganic fluorides // Canadian Journal of Chemistry. 1968, 46, 18, P. 2968–2971 (англ.)
3. Свойства вещества: кальция фторид
4. Материал - Кристаллический CaF2 (Кальций Фтористый, Фторид Кальция, Calcium Fluoride)(рос.)

Джерела

• CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — ISBN 0-8493-0486-5. (англ.)
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия: Химия металлов / В. И. Спицын. — М. : «Мир», 1972. — Т. 2. — 871 с. (рос.)
• Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин. — 3-е. — М. : Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0. (рос.)
• Химическая энциклопедия / Гл. ред. Н. С. Зефиров. — М. : Советская энциклопедия, 1998. — Т. 6. — С. 111. (рос.)