KALCIUMFLUORID (CAF2): STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - FYSISK - 2025

Den kalciumfluorid är en oorganisk fast innefattar ett kalcium atom (Ca) och två fluoratomer (F). Dess kemiska formel är CaF ₂ och är ett kristallint gråvitt fast ämne.

I naturen finns det i mineralfluorit eller fluorspar. Det finns naturligt i ben och tänder. Mineralfluoriten är den huvudsakliga källan som används för att erhålla andra fluorföreningar.

Fast CaF _2- kalciumfluorid . w: Användare: Walkerma i juni 2005. Källa: Wikimedia Commons.

Dessutom används CaF ₂ för att förhindra tandröta, varför det läggs till material som används av tandläkare för att bota dem. I själva verket läggs kalciumfluorid också till dricksvatten (dricksvatten) så att befolkningen drar nytta av att dricka det och borsta tänderna.

CaF ₂ används i form av stora kristaller i optisk utrustning och kameror. Det används också i små enheter som används för att upptäcka hur mycket en person har utsatts för radioaktivitet.

Strukturera

Kalciumfluorid CaF ₂ är en jonisk förening bildad genom en kalcium Ca ²⁺ katjon och två fluorid F ^- anjoner . Vissa informationskällor indikerar dock att deras länkar har en viss kovalent karaktär.

Struktur av kalciumfluorid CaF ₂ . Blått: kalcium; Gul fluor. Claudio Pistilli. Källa: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

Kalciumfluorid

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Färglös till gråvit fast form med kubisk kristallin struktur.

Kubisk kristallstruktur av CaF ₂ . Benjah-bmm27. Källa: Wikimedia Commons.

Molekylvikt

78,07 g / mol

Smältpunkt

1418 ºC

Kokpunkt

2533 ºC

Densitet

3,18 g / cm ^{^} vid 20 ° C

Brytningsindex

1,4328

löslighet

Det är olösligt i vatten vid 20 ° C. Nästan olöslig vid 25 ° C: 0,002 g / 100 ml vatten. Lite lösligt i syror.

Kemiska egenskaper

Dess oxiderande eller reducerande egenskaper är mycket svaga, men dessa reaktioner kan förekomma. Men i allmänhet i mycket få fall.

Det är inert mot organiska kemikalier och många syror, inklusive HF-flödessyra. Det upplöses långsamt i salpetersyra HNO ₃ .

Det är inte brandfarligt. Det reagerar inte snabbt med luft eller vatten.

På grund av dess låga affinitet för vatten, även om det utsätts för en hög andel luftfuktighet, påverkar den inte ens i upp till en månad vid normal rumstemperatur.

I närvaro av fuktighet löses kristallerna väggar långsamt vid temperaturer över 600 ° C. I torra miljöer kan den användas upp till cirka 1000 ° C utan att påverkas märkbart.

Närvaro i naturen

Kalciumfluorid CaF ₂ finns naturligt i mineralen fluorit eller fluorspar.

Även om ren CaF ₂ är färglös, är mineral fluorit ofta färgad genom närvaron av elektroner fångade i de "hål" i kristallstrukturen.

Detta mineral är mycket uppskattat för sitt glasartade glans och olika färger (lila, blå, grön, gul, färglös, brun, rosa, svart och rödaktig orange). Det sägs vara "världens mest färgade mineral."

Fluorit från en gruva i Frankrike. Muséum de Toulouse. Källa: Wikimedia Commons.

Fluorit (blå kristaller) från Naturmuseet i Milano. Giovanni Dall'Orto. Källa: Wikimedia Commons.

Fluorit från en gruva i England. Didier Descouens. Källa: Wikimedia Commons.

Fluorit från en gruva i Frankrike. Didier Descouens. Källa: Wikimedia Commons.

Fluorit från en gruva i USA. Författare: Jurema Oliveira. Källa: Wikimedia Commons.

Kalciumfluorid finns också i ben i mängder mellan 0,2 och 0,65%, och även i tandemaljen 0,33-0,59%.

tillämpningar

- Vid erhållande av fluorföreningar

Mineralfluoriten CaF ₂ är den grundläggande eller majoritetskällan för fluor över hela världen. Det är råmaterialet för framställning av nästan alla fluorföreningar.

Den viktigaste av dessa är fluorvätesyra HF, från vilken de andra fluorerade föreningarna framställs. Fluoridjonen F ^- frisätts från mineralet genom att reagera den med koncentrerad svavelsyra H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (fast) + H ₂ SO ₄ (vätska) → CaSO ₄ (fast) + 2 HF (gas)

- I vård av tänder

CaF _2- kalciumfluorid är ett medel för att förebygga håligheter. Det används för att fluoridera dricksvatten (vatten som kan drickas) för detta ändamål.

Dessutom de låga koncentrationerna av F ^- fluorid har (i storleksordningen av 0,1 delar per miljon) som används i tandkrämer och munvatten visats ha en djupgående positiv effekt vid karies förebyggande tandvård.

Kalciumfluorid hjälper till att förebygga håligheter. Författare: Annalize Batista. Källa: Pixabay.

CaF-nanopartiklar

Även om fluorider används i tandkrämer och sköljningar, den låga koncentrationen av kalcium (Ca) i salivorgan som CaF ₂ insättningar inte bildas på tänderna så effektivt som möjligt.

Det är därför ett sätt att få CaF _2- pulver som nanopartiklar har utformats .

För detta är en spraytork (från engelska spruttorkanordning) användas där två lösningar (en av kalciumhydroxid Ca (OH) ₂ och en av ammoniumfluorid NH ₄ F) blandas medan de sprayas i en kammare med flödes av varm luft.

Sedan inträffar följande reaktion:

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

NH ₄ OH förflyktigas som NH ₃ och H ₂ O och CaF ₂ nanopartiklar kvar .

De har hög reaktivitet och större löslighet, vilket gör dem mer effektiva för att remineralisera tänder och som antikärl.

- I linser för optisk utrustning

Kalciumfluorid används för att bygga optiska element såsom prismor och fönster i infraröda och ultravioletta (UV) ljusspektrofotometrar.

Dessa enheter tillåter oss att mäta mängden ljus som absorberas av ett material när det passerar genom det.

CaF ₂ är transparent i sådana regioner i ljusspektrumet, har ett brytningsindex extremt lågt och möjliggör en effektivare upplösning än NaCl i området 1500-4000 cm ^{- 1} .

Tack vare dess kemiska stabilitet kan den tåla ogynnsamma förhållanden, så att de optiska CaF _2- elementen inte attackeras. Den har också en hög hårdhet.

I kameror

Vissa tillverkare av fotokameror använder konstgjorda kristalliserade CaF _2- linser för att minska ljusspridningen och uppnå utmärkt korrigering för färgförvrängning.

Vissa kameror har CaF _2- linser för att minska färgförvrängningen. Bill Ebbesen. Källa: Wikimedia Commons.

- I metallurgisk industri

CaF ₂ används som ett flussmedel i metallurgisk industri, eftersom det är en källa till kalcium som är olöslig i vatten och därför är effektiv i syrekänsliga tillämpningar.

Det används för att smälta och bearbeta järn och stål i flytande form. Detta är baserat på det faktum att den har en smältpunkt som liknar den för järn och också att den kan lösa upp oxider och metaller.

- I detektorer av radioaktivitet eller farlig strålning

CaF ₂ är ett termoluminescerande material. Detta innebär att den kan absorbera strålning i elektronerna i dess kristallstruktur och senare, när den upphettas, släppa den i form av ljus.

Detta avgivna ljus kan mätas med en elektrisk signal. Denna signal är proportionell mot mängden strålning det mottagna materialet. Det betyder att ju större mängd strålning som mottas, desto större ljusmängd kommer det att avge efter värmningen.

Därför används CaF ₂ i så kallade personliga dosimetrar, som används av människor som utsätts för farlig strålning och vill veta hur mycket strålning de har fått under en tid.

- Annan användning

- Det används som katalysator vid kemiska reaktioner av dehydrering och dehydrogenering för syntes av organiska föreningar.

- Det används i alkaliska svetselektroder. En starkare svets erhålls än med syraelektroder. Dessa elektroder är användbara vid tillverkning av fartyg och högtryckstålkärl.

- Som ett kosttillskott i extremt låga mängder (ppm eller delar per miljon).

Man svetsar. CaF _2- kalciumfluoridelektroder bildar starkare svetsar. William M. Plate Jr .. Källa: Wikimedia Commons.

referenser

1. Pirmoradian, M. och Hooshmand, T. (2019). Remineralisering och antibakteriella förmågor hos hartsbaserade tandnanokompositer. Syntes och karakterisering av kalciumfluorid (CaF ₂ ). I tillämpningar av nanokompositmaterial i tandvård. Återställs från sciencedirect.com.
2. US National Library of Medicine. (2019). Kalciumfluorid. Återställs från pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Manuell metallbågsvetsning (MMA) med belagda elektroder. Handbok för svetsprocesser (andra upplagan). Återställs från sciencedirect.com.
4. Hanning, M. och Hanning, C. (2013). Nanobiomaterial i förebyggande tandvård. Nanosiserad kalciumfluorid. I Nanobiomaterials in Clinical Dentistry. Återställs från sciencedirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Grupp 17 (H, F, Cl, Br, I) Alkaline Earth Compounds. Kalciumfluorid. I Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Återställs från sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
7. Valkovic, V. (2000). Mätningar av radioaktivitet. Inom radioaktivitet i miljön. Termoluminescerande detektorer (TLD). Återställs från sciencedirect.com.