Фторид кальция

Фторид кальция — неорганическое бинарное ионное химическое соединение. Химическая формула CaF₂.

Физические свойства

Бесцветные диамагнитные кристаллы (в измельчённом состоянии — белые). До температуры 1151 °C существует α-CaF₂ с кубической решеткой (а = 0,54626 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), выше 1151 °C — разупорядоченная модификация тетрагональной сингонии, температура плавления у этой модификации — 1418 °C.

Плохо растворим в воде (16 мг/л при 18 °C).

Получение

В природе CaF₂ встречается в виде минерала флюорита (плавиковый шпат), который содержит до 90-95 % CaF₂ и 3,5-8 % SiO₂. Это хрупкий и мягкий минерал с большой вариацией в цвете: бесцветный, белый, жёлтый, оранжевый, красный, бурый, зелёный, зеленовато-голубой, фиолетово-синий, серый, пурпурный, синевато-чёрный, розовый и малиновый. Окраска связана с примесями хлора, железа, урана, дефектами кристаллической структуры, которая весьма тонко реагирует на нагревание. Является основным источником фтора в мире. Мировое производство ~4,5 млн т/год (1983 год).

В лабораторных условиях фторид кальция обычно получают из карбоната кальция и плавиковой кислоты:

 CaCO₃ + 2HF → CaF₂↓ + CO₂↑ + H₂O

Чисто теоретический интерес представляет способ получения непосредственно из простых веществ:

 Ca + F₂ → CaF₂

Разбавленная плавиковая кислота взаимодействует с оксидом кальция:

 CaO + 2HF → CaF₂↓ + H₂O 

Фторид кальция можно получить обменными реакциями, например:

 CaCl₂ + 2NH₄F → CaF₂↓ + 2NH₄Cl 

Химические свойства

Фторид кальция химически относительно пассивен. При высокой температуре подвергается гидролизу:

 CaF₂ + H₂O →^800oC CaO + 2HF 

 CaF₂ + H₂O + SiO₂ →^1450oC CaSiO₃ + 2HF

Разлагается концентрированной серной кислотой, что используется в промышленности для получения HF:

 CaF₂ + H₂SO₄ →^130−200oC CaSO₄ + 2HF↑

При избытке HF образует сложный кристаллогидрат:

 CaF₂ + 2HF + 6H₂O → Ca(HF₂)₂ ⋅ 6H₂O↓

При температуре в 600—700 °C фторид лития реагирует с оксидом кальция, давая на выходе оксид лития и фторид кальция:

 2LiF + CaO →^600−700oC CaF₂ + Li₂O

Фторид лития с насыщенным раствором гидроксида кальция реагирует образовывая гидроксид лития и фторид кальция:

 2LiF + Ca(OH)₂ → CaF₂ + 2LiOH

Применение

Фторид кальция является основным источником фтора и его соединений. Начиная с конца 1990-х годов добывалось ~5 млн тонн данного вещества в год.

Фторид кальция является компонентом металлургических флюсов, специальных стекол, эмалей, керамики, оптических и лазерных материалов. Он также используется в качестве флюса при плавке и переработке жидких чугуна и стали.

В лаборатории фторид кальция широко применяется в качестве оптического материала для инфракрасного и ультрафиолетового излучений, а также как материал с чрезвычайно низким показателем преломления. В первые годы 21-го века цена на рынке фторида кальция упала, и многие крупные заводы были закрыты. Canon и другие производители используют синтетически выращенные кристаллы фторида кальция в качестве компонентов в объективах, уменьшающих рассеивание света.

Применяется в стоматологии, для глубокого фторирования – насыщения твердых тканей зуба минеральными соединениями, путём обработки(очистка, просушивание струёй воздуха зуба и нанесение) поврежденных мест. Благодаря этому, терапевтический эффект по сравнению с применением фторлаков, усиливается в 100 раз.

Отличные механические, технические и эксплуатационные характеристики в сочетании с прозрачностью в широком спектральном диапазоне, высокой оптической однородностью, высокой радиационной устойчивостью позволяют использовать оптические монокристаллы фторида кальция в:

• Микроскопии,
• Квантовой и силовой оптике,
• Инфракрасной технике,
• Спектрофотометрии,
• Фурье-спектроскопии,
• Рентгеновской технике,
• Космотехнике,
• Астрономии,
• Голографии.

Монокристаллы используются для изготовления окон, призм, линз и других оптических деталей, работающих в диапазоне излучения от ультрафиолетового до инфракрасного. Оптические детали из фторида кальция используются без защитных покрытий.

Опасность применения

Фторид кальция считается относительно безвредным в силу его малой растворимости в воде. Ситуация схожа и с BaSO₄, где токсичность, обычно связанная с Ba²⁺, компенсируется очень низкой растворимостью сульфата.