神奇的氢氟酸



氢氟酸的基本性质

氟化氢(Hydrogen fluoride),化学式为HF,实验室可以由氟石(CaF2)与浓硫酸混合加热至250℃,利用蒸馏法收集沸点较低的HF(g),HF(g)是无色、有剧毒、强腐蚀性气体。加水之后即成为氢氟酸HF(aq)。

反应式如下:
2CaF2(s)+H2SO4 神奇的氢氟酸2HF(g)+CaSO4(s)

氢氟酸在水中的解离度不大,是一种弱酸
HF(aq)→H+(aq)+F-(aq)  Ka≒7×10-4
但是当浓度很高浓度时,氢氟酸产生下列反应:
2HF(aq)→H+(aq) +[FHF]-(aq)
[FHF]-内具有特殊的氢键,有利于平衡向右,使得氢氟酸摇身一变成为强酸。

氢氟酸应用

1.溶解玻璃

氟是人类已知活性最大的元素,它会和Si及SiO2可形成极强的Si-F化学键,反应过程如下:

SiO2+4HF→SiF4(g)↑+2H2O
SiO2+6HF→H2[SiF6](aq)+2H2O

因为这一项特性,氢氟酸常用于加工玻璃。首先,在玻璃上抹上一层石蜡,再用刀子划破蜡层,涂上氢氟酸,待一段时间的作用后,洗去残余的氢氟酸和蜡质,便大功告成。举凡实验室烧杯的刻度、玻璃窗的花纹,都是这样产生的。

也因此氢氟酸是唯一不可存放于玻璃容器中的酸,必须贮存在塑胶容器中(譬如聚四氯乙烯、聚乙烯材料)。

2.工业应用

氢氟酸具有很好的溶解氧化物,使得氢氟酸的应用十分广泛,小至家庭除锈剂、光亮剂的成份,大至製陶业、大理石洗涤、钢铁除鏽等用途。

氢氟酸具有很好的腐蚀二氧化硅或硅元素的能力,半导体工业使用它来去除硅表面的氧化物,利用浸蚀、清洗、刻划等方法标记製作各式各样的硅晶片,可说是现代半导体工业中非常重要的危险物品。

氢氟酸可做为将丁烯或丙烯烷基重组为异丁烷的催化剂,只要在0-30℃的条件,氢氟酸提供H+与烯类反应形成高活性的碳阳离子(carbocations),烷基结构就重组形成异丁烷,此反应设计的好处是反应物和催化剂属于两相,方便产物之分离,且由于低温进行,不易有其他副反应发生,使得此反应之转化率很高。

氢氟酸灼伤中毒-传说中的化骨水

一般人体可能接触到的氢氟酸,属于低浓度的弱酸,对皮肤刺激性较低,导致患者在初期症状不明显,容易延误治疗。氟化氢灼伤中毒症状有以下几点:

体表组织腐蚀性伤害,包括皮肤表面灼伤、红肿,针刺痛感,甚长水泡。

由于解离出来的F-很小,对皮肤组织有高度穿透性,很容易穿过细胞膜到达组织深部,与体内血液中的钙、镁等阳离子结合,产生不可溶的氟化钙或氟化镁等盐类沈澱物或生理电解质不平衡,甚至造成骨骼脱钙,威力如同武侠小说中的「化骨水」

氢氟酸会抑制细胞膜上控制钠、钾帮浦的腺核甘三磷酸脢(ATPase),引起大量钾离子流到细胞外。如此不仅造成局部疼痛、血钾上升,还可能干扰神经传导及心脏收缩,而产生致命的心律不整及心跳停止。此乃氢氟酸灼伤最可怕的併发症。

[急救]氢氟酸灼伤中毒的解毒剂是葡萄糖酸钙凝胶,将受伤地方大量清水沖洗后后立即涂于患部。


参考资料
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%B0%A2%E9%94%AE(氢键)
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1306051502593(HF是强酸)
http://www.pcc.vghtpe.gov.tw/old/docms/41002.htm
http://subject.skhlkyss.edu.hk/chem/reading_fluorine.htm
http://www.tahsda.org.tw/article/news.php?id=3&name=plastic
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%B0%A2%E6%B0%9F%E9%85%B8