סידן פלואוריד (CAF2): מבנה, תכונות, שימושים - גוּפָנִי - 2025

פלואוריד הסידן הוא מורכב מוצק אורגניים אטום סידן (Ca) ושני אטומי פלואור (F). הנוסחה הכימית שלה היא CaF ₂ והיא מוצקה בצבע לבן-אפרפר-לבן.

בטבע זה נמצא במינרל פלואוריט או בפלורספר. זה קיים באופן טבעי בעצמות ובשיניים. הפלואור המינרלי הוא המקור העיקרי המשמש להשגת תרכובות פלואור אחרות.

CaF ₂ סידן פלואוריד מוצק. w: משתמש: Walkerma ביוני 2005. מקור: Wikimedia Commons.

בנוסף, CaF ₂ משמש למניעת עששת, וזו הסיבה שהוא מתווסף לחומרים המשמשים רופאי שיניים לריפוים. למעשה, סידן פלואוריד מתווסף גם למי שתייה (מי שתייה) כך שהאוכלוסייה מרוויחה משתייתם ומצחצוח שיניים.

CaF ₂ משמש בצורה של גבישים גדולים בציוד אופטי ומצלמות. הוא משמש גם במכשירים קטנים המשמשים לגלות עד כמה אדם נחשף לרדיואקטיביות.

מִבְנֶה

סידן פלואוריד CAF ₂ הוא סריג יוני נוצר על ידי סידן Ca ²⁺ קטיון ושני F פלואוריד ^- אניונים . עם זאת, מקורות מידע מסוימים מצביעים על כך שלקישורים שלהם יש אופי קוולנטי מסוים.

מבנה סידן פלואוריד CaF ₂ . כחול: סידן; פלואור צהוב. קלאודיו פיסטילי. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

סידן פלואוריד

נכסים

מצב פיזי

מוצק ללא צבע עד אפרפר לבן עם מבנה גבישי מעוקב.

מבנה גביש מעוקב של CaF ₂ . בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

משקל מולקולרי

78.07 גרם / מול

נקודת המסה

1418 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

2533 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

3.18 גרם / ס"מ ³ בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס.

מדד שבירה

1.4328

מְסִיסוּת

זה בלתי מסיס במים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס. כמעט בלתי מסיס ב 25 מעלות צלזיוס: 0.002 גרם / 100 מ"ל מים. מסיסים מעט בחומצות.

תכונות כימיות

תכונות החמצון או הפחתתו שלו חלשות מאוד, אולם תגובות אלה יכולות להתרחש. אם כי באופן כללי, במקרים מעטים מאוד.

זה אינרטי לכימיקלים אורגניים וחומצות רבות, כולל חומצה הידרפלואורית HF. זה מתמוסס לאט בחומצה חנקתית HNO ₃ .

זה לא דליק. זה לא מגיב במהירות עם אוויר או מים.

בשל זיקתם הנמוכה למים, גם אם הוא חשוף לאחוז לחות גבוה, הוא אינו משפיע עליהם אפילו עד חודש בטמפרטורת החדר הרגילה.

בנוכחות לחות קירות גבישיו מתמוססים באטיות בטמפרטורות מעל 600 מעלות צלזיוס. בסביבות יבשות ניתן להשתמש בו עד 1000 מעלות צלזיוס מבלי שיושפעו באופן ניכר.

נוכחות בטבע

סידן פלואוריד CaF ₂ נמצא באופן טבעי במינרל הפלואוריט או בפלורספר.

למרות ש- CaF ₂ טהור הוא חסר צבע, פלואוריט המינרלים הוא בדרך כלל צבעוני על ידי נוכחותם של אלקטרונים שנלכדו ב"חורים "במבנה הגביש.

מינרל זה מוערך מאוד בזוהר הזכוכית שלו ובמגוון הצבעים שלו (סגול, כחול, ירוק, צהוב, חסר צבע, חום, ורוד, שחור וכתום אדמדם). אומרים שהוא "המינרל הצבעוני ביותר בעולם."

פלואור ממכרה בצרפת. Muséum de Toulouse. מקור: Wikimedia Commons.

פלואוריט (גבישים כחולים) ממוזיאון הטבע במילאנו. ג'ובאני דאל'אורטו. מקור: Wikimedia Commons.

פלואוריט ממכרה באנגליה. דידייה דקואנס. מקור: Wikimedia Commons.

פלואור ממכרה בצרפת. דידייה דקואנס. מקור: Wikimedia Commons.

פלואור ממכרה בארצות הברית. מחבר: יורמה אוליביירה. מקור: Wikimedia Commons.

סידן פלואוריד נמצא גם בעצמות בכמויות שבין 0.2 ל 0.65%, וגם באמייל השיניים ב 0.33-0.59%.

יישומים

- בהשגת תרכובות פלואור

המינרל הפלואוריט CaF ₂ הוא המקור הבסיסי או הרוב ביותר לפלואור ברחבי העולם. זהו חומר הגלם להכנת כמעט כל תרכובות הפלואור.

החשוב שבהם הוא חומצה הידרופלואורית HF, ממנה מכינים את שאר התרכובות הפלואוריות. יון הפלואוריד F ^- משתחרר מהמינרל על ידי תגובתו עם חומצה גופרתית מרוכזת H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (מוצק) + H ₂ SO ₄ (נוזל) → CaSO ₄ (מוצק) + 2 HF (גז)

- בטיפול בשיניים

CaF ₂ סידן פלואוריד הוא סוכן למניעת חללים. הם משמשים להפלרת מי שתייה (מים שניתן לשתות) למטרה זו.

בנוסף, ריכוזים נמוכים של F ^- פלואוריד (בסדר גודל של 0.1 חלקים למיליון) המשמשים משחות שיניים מי פה הוכחו להיות השפעה חיובית עמוקה עששת רפואת שיניים מונעת.

סידן פלואוריד מסייע במניעת חללים. מחבר: Annalize Batista. מקור: Pixabay.

חלקיקי CaF

למרות שמשתמשים בפלואורידים במשחות שיניים ושטיפות, הריכוז הנמוך של סידן (Ca) ברוק פירושו כי משקעי CaF ₂ לא נוצרים על השיניים בצורה יעילה ככל האפשר.

זו הסיבה שנועדה דרך להשיג אבקת CaF ₂ בתור חלקיקים.

לשם כך משתמשים במייבש ריסוס (מיובש ריסוס באנגלית) בו מעורבבים שני פתרונות (אחד של סידן הידרוקסיד Ca (OH) ₂ ואחד של אמוניום פלואוריד NH ₄ F) בזמן שהם מרוססים בתא עם זרימה של אוויר חם.

ואז התגובה הבאה מתרחשת:

Ca (OH) ₂ + NH ₄ F → CAF ₂ (מוצק) + NH ₄ OH

NH ₄ OH מתנדף ככל ש- NH ₃ ו- H ₂ O ונשאר החלקיקים CaF ₂ .

יש להם ריאקטיביות גבוהה ומסיסות רבה יותר, מה שהופך אותם ליעילים יותר לסינכרן שיניים וכתרופות אנטי-תרופות.

- בעדשות לציוד אופטי

סידן פלואוריד משמש לבניית אלמנטים אופטיים כמו מנסרות וחלונות של ספקטרופוטומטרים אוריים אינפרא אדום ואולטרה סגול (UV).

מכשירים אלה מאפשרים לנו למדוד את כמות האור שנספג על ידי חומר כאשר הוא עובר דרכו.

CaF ₂ שקוף באזורים כאלה בספקטרום האור, בעל אינדקס שבירה נמוך במיוחד ומאפשר רזולוציה יעילה יותר מזו של NaCl בטווח 1500-4000 ס"מ ^{- 1} .

הודות ליציבות הכימית שלו הוא יכול לעמוד בתנאים שליליים, ולכן האלמנטים האופטיים CaF ₂ אינם מותקפים. יש לו גם קשיות גבוהה.

במצלמות

חלק מיצרני מצלמות הצילום משתמשים בעדשות CaF ₂ מגובשות באופן מלאכותי כדי להפחית את פיזור האור ולהשיג תיקון מעולה לעיוות צבעים.

בחלק מהמצלמות יש עדשות CaF _{2 של} סידן כדי להפחית את עיוות הצבעים. ביל אבבסן. מקור: Wikimedia Commons.

- בתעשייה המטלורגית

CaF ₂ משמש כחומר משתנה בתעשייה המתכת, מכיוון שהוא מקור לסידן בלתי מסיס במים ולכן יעיל ביישומים רגישים לחמצן.

הוא משמש להמסה ועיבוד של ברזל ופלדה בצורה נוזלית. זה מבוסס על העובדה שיש לו נקודת התכה דומה לזו של ברזל וגם שהיא יכולה להמיס תחמוצות ומתכות.

- בגלאים של רדיואקטיביות או קרינה מסוכנת

CaF ₂ הוא חומר תרמומומיננטי. המשמעות היא שהוא יכול לספוג קרינה באלקטרונים במבנה הגבישי שלה ובהמשך, כשהוא מחומם, לשחרר אותה בצורה של אור.

ניתן למדוד את האור הנפלט הזה באמצעות אות חשמלי. אות זה פרופורציונאלי לכמות הקרינה שהחומר קיבל. המשמעות היא שככל שכמות הקרינה שמתקבלת גדולה יותר, כך כמות האור שהיא תפלט לאחר שתתחמם תהיה גדולה יותר.

זו הסיבה ש- CaF ₂ משמש במה שמכונה מינונים אישיים, המשמשים אנשים שנחשפים לקרינה מסוכנת ורוצים לדעת כמה קרינה הם קיבלו בפרק זמן.

- שימושים אחרים

- הוא משמש כזרז בתגובות כימיות של התייבשות והתייבשות לסינתזה של תרכובות אורגניות.

- הוא משמש באלקטרודות ריתוך אלקליות. ריתוך חזק יותר מתקבל מאשר באלקטרודות חומציות. אלקטרודות אלה מועילות בייצור אוניות וכלי פלדה בלחץ גבוה.

- כתוסף תזונה בכמויות נמוכות במיוחד (ppm או חלקים למיליון).

ריתוך גבר. אלקטרודות CaF ₂ סידן פלואוריד יוצרים ריתוכים חזקים יותר. ויליאם מ. פלייט ג'וניור. מקור: Wikimedia Commons.

הפניות

1. Pirmoradian, M. and Hooshmand, T. (2019). יכולות רימיינריזציה ויכולות אנטיבקטריאליות של ננו-קומפוזיטים שיניים מבוססי שרף. סינתזה ואפיון של סידן פלואוריד (CaF ₂ ). ביישומים של חומרים ננו-מורכבים ברפואת שיניים. התאושש מ- sciencedirect.com.
2. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). סידן פלואוריד. התאושש מ- pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. וומן, ק '(2012). ריתוך קשת מתכת ידנית (MMA) בעזרת אלקטרודות מצופות. במדריך לתהליכי ריתוך (מהדורה שנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
4. Hanning, M. and Hanning, C. (2013). ננו-חומרים ברפואת שיניים מונעת. סידן פלואוריד Nanosized. בננו-חומרים ברפואת שיניים קלינית. התאושש מ- sciencedirect.com.
5. רופ, RC (2013). קבוצה 17 (H, F, Cl, Br, I) תרכובות כדור הארץ האלקליות. סידן פלואוריד. באנציקלופדיה של תרכובות כדור הארץ האלקאליות. התאושש מ- sciencedirect.com.
6. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
7. וולקוביץ ', ו' (2000). מדידות הרדיואקטיביות. ברדיואקטיביות בסביבה. גלאים תרמו-לומיננטיים (TLD). התאושש מ- sciencedirect.com.