กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิก
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตรทางเคมีH SiFสารละลายกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกในน้ำประกอบด้วยเกลือของแคตไอออนและแอนไอออนเฮกซาฟลูออโรซิลิเกต เกลือเหล่านี้และสารละลายในน้ำของพวกมันไม่มีสี [ 1 ]
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเกิดขึ้นตามธรรมชาติในปริมาณมากในภูเขาไฟ[ 2 ] [ 3 ]มันถูกผลิตขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ร่วมในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกที่ได้นั้นเกือบทั้งหมดถูกนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นของอะลูมิเนียมไตรฟลูออไรด์และไครโอไลต์สังเคราะห์ซึ่งใช้ในการแปรรูปอะลูมิเนียม เกลือที่ได้จากกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเรียกว่าเฮกซาฟลูออโรซิลิเคต
โครงสร้าง
กรดเฮ กซาฟลูออโรซิลิซิกตกผลึกเป็นไฮเดรตต่างๆ ซึ่งรวมถึง (H₅O₂ ₂SiF₆ , ) ₂SiF₆ ที่กว่าและ( ( ) SiF₆ · ใน เหล่านี้ทั้งหมด แอนไอออนเฮกซาฟลูออ โรซิลิเกตทรงแปดเหลี่ยมจะเกิดพันธะแคต[ 4
สารละลายกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกในน้ำมักถูกอธิบายว่าเป็นH SiF แต่ชนิดที่มีฟลูออไรด์หลักในสารละลายดังกล่าวคือSiF ] 2−และผลิตภัณฑ์ต่างๆ จากการไฮโดรไลซิส เช่น F - . [ 1 ]
การผลิตและปฏิกิริยาหลัก
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกผลิตในเชิงพาณิชย์จากแร่ธาตุที่มีฟลูออไรด์ซึ่งมีซิลิเกตอยู่ด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอะพาไทต์และฟลูออราพาไทต์จะถูกบำบัดด้วยกรดซัล ฟิวริก เพื่อให้ได้กรดฟ อสฟอริก ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของปุ๋ยที่ละลายน้ำได้หลายชนิด กระบวนการนี้เรียกว่ากระบวนการกรดฟอสฟอริกแบบเปียก[ 5 ]เป็นผลพลอยได้ กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกประมาณ 50 กิโลกรัมจะถูกผลิตต่อ HF หนึ่งตันเนื่องจากปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเจือปนของแร่ธาตุที่มีซิลิกา[ 6 ] : 3
ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) บางส่วนที่ผลิตขึ้นในระหว่างกระบวนการนี้จะทำปฏิกิริยากับ สิ่งเจือปน ของซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2 ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของวัตถุดิบแร่ เพื่อให้ได้ซิลิคอนเตตระฟลูออไรด์ซิลิคอนเตตระฟลูออไรด์ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับ HF ต่อไป กระบวนการสุทธิสามารถอธิบายได้ดังนี้: [ 7 ]
- 6 HF + SiO → SiF 2− 6 + 2 H O +
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกยังสามารถผลิตได้โดยการบำบัดซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ด้วยกรดไฮโดรฟลูออริก[ 7 ]
ปฏิกิริยา
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเป็นกรดแก่ คล้ายกับกรดซัลฟิวริก อย่างไรก็ตาม สามารถวัดปริมาณการดีโปรโตเนชันครั้งที่สองได้ แต่ในที่นี้มีการรายงานค่าที่แตกต่างกัน (pK = 0.65 หรือ pK = 1.83) [ 8 ]
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิกจะเสถียรเฉพาะในไฮโดรเจนฟลูออไรด์หรือสารละลายกรดในน้ำเท่านั้น ในสถานการณ์อื่น ๆ มันจะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของกรดไฮโดรฟลูออริกดังนั้น ตัวอย่างเช่น กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิกบริสุทธิ์หรือใน สารละลาย โอเลียม จะปล่อย ซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ออกมาจนกว่าไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่เหลืออยู่จะกลับเข้าสู่สมดุลอีกครั้ง: [ 7 ]
- H SiF ⇌ 2 HF( ลิตร ) + SiF ( ก . )
ในสารละลายน้ำที่เป็นด่างถึงเป็นกลาง กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกจะไฮโดรไลซ์เป็นแอนไอออนฟลูออไรด์และซิลิกาไฮเดรตอ สัณฐาน ("SiO2 ) ได้ง่าย เบสที่แรงจะให้เกลือฟลูออโรซิลิเกตในตอนแรก แต่หากมีปริมาณเกินสัดส่วนที่กำหนด การไฮโดรไลซิสก็จะเริ่มเกิดขึ้น[ 7 ]ที่ความเข้มข้นที่ใช้สำหรับการเติมฟลูออไรด์ในน้ำ โดยทั่วไป จะเกิดการไฮโดรไลซิส 99% [ 6 ] [ 8 ]
- SiF 2− + 2 H O → 6 F − + SiO + 4 H +
เกลืออัลคาไลและเกลืออัลคาไลน์เอิร์ธ
การทำให้สารละลายกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเป็นกลางด้วย เบส โลหะอัลคาไลจะได้เกลือฟลูออโรซิลิเกตของโลหะอัลคาไลที่สอดคล้องกัน:
- H SiF + 2 NaOH → Na SiF + 2 H O
เกลือ Na SiF ที่ได้นั้น ส่วนใหญ่ใช้ในการเติมฟลูออไรด์ในน้ำเกลือแอมโมเนียมและแบเรียมที่เกี่ยวข้องก็ผลิตในลักษณะเดียวกันสำหรับการใช้งานอื่นๆ ที่อุณหภูมิห้อง กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเข้มข้น 15–30% จะเกิดปฏิกิริยาที่คล้ายกันกับคลอไรด์ ไฮ ดรอกไซด์และคาร์บอเนตของโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ[ 9 ]
ตัวอย่างเช่น โซเดียมเฮกซาฟลูออโรซิลิเกตอาจผลิตได้โดยการบำบัดโซเดียมคลอไรด์ ( NaCl ) ด้วยกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิก: [ 6 ] : 3 [ 10 ] : 7
- 2NaCl + H SiF 27 °C →นา SiF ↓ + 2 HCl
- BaCl₂ + H₂SiF₆ → BaSiF₆ ↓ 2 HCl
การให้ความร้อนโซเดียมเฮกซาฟลูออโรซิลิเกตจะให้ซิลิคอนเตตระฟลูออไรด์ : [ 10 ] : 8
- นา SiF >400 °C → SiF + 2 NaF
การใช้งาน
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมฟลูออไรด์และไครโอไลต์สังเคราะห์วัสดุเหล่านี้มีความสำคัญต่อการแปลงแร่อะลูมิเนียมให้เป็น โลหะ อะลูมิเนียมการแปลงเป็นอะลูมิเนียมไตรฟลูออไรด์มีคำอธิบายดังนี้: [ 7 ]
- เอช SiF + อัล O → 2 อัลเอฟ + SiO + H O
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกยังสามารถแปลงเป็นเกลือเฮกซาฟลูออโรซิลิเกตที่มีประโยชน์หลากหลายชนิดได้อีก ด้วย เกลือโพแทสเซียม หรือ โพแทสเซียมฟลู ออโรซิลิเกต ใช้ในการผลิตเครื่องเคลือบดินเผา เกลือแมกนีเซียมใช้ในคอนกรีตแข็งตัวและเป็นยาฆ่าแมลง และเกลือแบเรียมใช้ในสารเรืองแสง
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกและเกลือใช้เป็นสารกันบูดไม้[ 11 ]
การกลั่นตะกั่ว
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกยังใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของเบ็ตส์สำหรับการกลั่นตะกั่วอีก ด้วย
น้ำยาขจัดสนิม
กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิก (ระบุว่าเป็นกรดไฮโดรฟลูออโรซิลิซิกบนฉลาก) ร่วมกับ กรดออก ซาลิกเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ใช้ใน ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดขจัดสนิม Iron Outซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นผลิตภัณฑ์ประเภทกรดสำหรับซักผ้า
แอปพลิเคชันเฉพาะกลุ่ม
H SiF เป็นรีเอเจนต์ เฉพาะ ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์สำหรับการแยกพันธะ Si–O ของซิลิลอีเทอร์มีปฏิกิริยามากกว่า HF สำหรับวัตถุประสงค์นี้ ทำปฏิกิริยากับt - butyldimethysilyl ( TBDMS ) อีเทอร์ได้เร็วกว่าtriisopropylsilyl ( TIPS ) อีเทอร์[ 12 ]
การบำบัดคอนกรีต
การใช้กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกกับพื้นผิวที่มีแคลเซียมสูง เช่น คอนกรีต จะทำให้พื้นผิวนั้นมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้บ้าง[ 13 ]
- CaCO + H O → Ca 2+ + 2 OH - + CO
- ช SiF → 2 H + + SiF 2−
- SiF 2− + 2 H O → 6 F − + SiO + 4 H +
- Ca 2+ + 2 F − → CaF
แคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF₂ เป็นของแข็งที่ไม่ละลายน้ำและทนต่อกรด
เกลือธรรมชาติ
แร่ธาตุหายากบางชนิดที่พบได้ทั้งในปล่องภูเขาไฟหรือปล่องไฟถ่านหิน เป็นเกลือของกรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิก ตัวอย่างเช่นแอมโมเนียมเฮกซาฟลูออโรซิลิเกตซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นสองรูปแบบ ได้แก่ คริปโทฮาไลต์และบาราไรต์[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
ความปลอดภัย
กรดเฮ กซาฟลูออโรซิลิซิกสามารถปล่อยไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) เมื่อระเหย ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงที่คล้ายคลึงกัน การสูดดมไอระเหยอาจทำให้เกิดอาการบวมน้ำในปอดเช่นเดียวกับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ มันจะกัดกร่อนแก้วและเครื่องปั้นดินเผา[ 17 ]ค่า LD 50 กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกคือ 430 มก./กก. [ 6 ]