CANXI FLORUA (CAF2): CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - VẬT LÝ - 2026

Các florua canxi là một gồm rắn vô cơ một nguyên tử canxi (Ca) và hai nguyên tử flo (F). Công thức hóa học của nó là CaF ₂ và nó là một chất rắn kết tinh màu trắng xám.

Trong tự nhiên, nó được tìm thấy trong khoáng vật fluorit hoặc florit. Nó tồn tại tự nhiên trong xương và răng. Khoáng vật fluorit là nguồn chính được sử dụng để thu được các hợp chất flo khác.

Canxi florua CaF ₂ rắn. w: Người dùng: Walkerma vào tháng 6 năm 2005. Nguồn: Wikimedia Commons.

Ngoài ra, CaF ₂ được sử dụng để ngăn ngừa sâu răng, đó là lý do tại sao nó được thêm vào vật liệu được các nha sĩ sử dụng để chữa chúng. Trên thực tế, canxi florua cũng được thêm vào nước uống (nước uống) để người dân được hưởng lợi từ việc uống nước đó và đánh răng.

CaF ₂ được sử dụng ở dạng tinh thể lớn trong thiết bị quang học và máy ảnh. Nó cũng được sử dụng trong các thiết bị nhỏ được sử dụng để phát hiện mức độ một người đã tiếp xúc với phóng xạ.

Kết cấu

Canxi florua CAF ₂ là một hợp chất ion hình thành bởi một canxi Ca ²⁺ cation và hai florua F ^- anion . Tuy nhiên, một số nguồn thông tin chỉ ra rằng các liên kết của chúng có một đặc tính cộng hóa trị nhất định.

Cấu trúc của canxi florua CaF ₂ . Màu xanh lam: canxi; Flo màu vàng. Claudio Pistilli. Nguồn: Wikimedia Commons.

Danh pháp

Canxi florua

Tính chất

Tình trạng thể chất

Chất rắn không màu đến trắng xám, có cấu trúc tinh thể lập phương.

Cấu trúc tinh thể lập phương của CaF ₂ . 27. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trọng lượng phân tử

78,07 g / mol

Độ nóng chảy

1418 ºC

Điểm sôi

2533 ºC

Tỉ trọng

3,18 g / cm ³ ở 20 ° C.

Chỉ số khúc xạ

1.4328

Độ hòa tan

Nó không tan trong nước ở 20 ° C. Hầu như không hòa tan ở 25 ° C: 0,002 g / 100 mL nước. Ít tan trong axit.

Tính chất hóa học

Tính chất oxy hóa hoặc khử của nó rất yếu, tuy nhiên những phản ứng này có thể xảy ra. Mặc dù, nói chung, trong rất ít trường hợp.

Nó trơ với các hóa chất hữu cơ và nhiều axit, bao gồm cả axit flohydric HF. Nó tan chậm trong axit nitric HNO ₃ .

Nó không dễ cháy. Nó không phản ứng nhanh với không khí hoặc nước.

Do ái lực của nó với nước thấp, ngay cả khi nó tiếp xúc với một tỷ lệ phần trăm độ ẩm cao, nó không ảnh hưởng đến nó thậm chí lên đến một tháng ở nhiệt độ phòng bình thường.

Trong điều kiện có độ ẩm, thành của các tinh thể của nó tan chậm ở nhiệt độ trên 600 ° C. Trong môi trường khô, nó có thể được sử dụng lên đến khoảng 1000 ° C mà không bị ảnh hưởng đáng kể.

Hiện diện trong tự nhiên

Canxi florua CaF ₂ được tìm thấy tự nhiên trong khoáng vật fluorit hoặc florit.

Mặc dù CaF ₂ tinh khiết không màu, khoáng vật fluorit thường có màu do sự hiện diện của các điện tử bị mắc kẹt trong các "lỗ trống" trong cấu trúc tinh thể.

Khoáng chất này được đánh giá cao nhờ độ bóng như thủy tinh và nhiều màu sắc (tím, xanh lam, xanh lục, vàng, không màu, nâu, hồng, đen và đỏ cam). Nó được cho là "khoáng chất có màu nhất trên thế giới."

Fluorit từ một mỏ ở Pháp. Muséum de Toulouse. Nguồn: Wikimedia Commons.

Fluorit (tinh thể xanh) từ Bảo tàng Tự nhiên Milan. Giovanni Dall'Orto. Nguồn: Wikimedia Commons.

Fluorit từ một mỏ ở Anh. Didier Descouens. Nguồn: Wikimedia Commons.

Fluorit từ một mỏ ở Pháp. Didier Descouens. Nguồn: Wikimedia Commons.

Fluorit từ một mỏ ở Mỹ. Tác giả: Jurema Oliveira. Nguồn: Wikimedia Commons.

Canxi florua cũng được tìm thấy trong xương với số lượng từ 0,2 đến 0,65%, và cũng có trong men răng với tỷ lệ 0,33-0,59%.

Các ứng dụng

- Trong việc thu nhận các hợp chất của flo

Khoáng vật florit CaF ₂ là nguồn cơ bản hoặc phần lớn của flo trên toàn thế giới. Nó là nguyên liệu để điều chế hầu hết các hợp chất của flo.

Quan trọng nhất trong số này là axit flohydric HF, từ đó các hợp chất flo khác được điều chế. Ion florua F ^- được giải phóng khỏi khoáng chất bằng cách cho nó phản ứng với axit sunfuric đặc H ₂ SO ₄ :

CaF ₂ (rắn) + H ₂ SO ₄ (lỏng) → CaSO ₄ (rắn) + 2 HF (khí)

- Chăm sóc răng miệng

CaF ₂ canxi florua là một tác nhân để ngăn ngừa sâu răng. Nó được sử dụng để fluo hóa nước uống (nước có thể uống được) cho mục đích này.

Ngoài ra, nồng độ F ^- florua thấp (theo thứ tự 0,1 phần triệu) được sử dụng trong kem đánh răng và nước súc miệng đã được chứng minh là có tác dụng tích cực sâu sắc trong việc chăm sóc răng miệng phòng ngừa sâu răng.

Canxi florua giúp ngăn ngừa sâu răng. Tác giả: Annalise Batista. Nguồn: Pixabay.

Hạt nano CaF

Mặc dù florua được sử dụng trong kem đánh răng và nước súc miệng, nồng độ canxi (Ca) thấp trong nước bọt có nghĩa là cặn CaF ₂ không được hình thành trên răng một cách hiệu quả nhất có thể.

Đó là lý do tại sao một cách để thu được bột CaF ₂ dưới dạng các hạt nano đã được nghĩ ra .

Đối với điều này, máy sấy phun (từ tiếng Anh là máy sấy phun) được sử dụng trong đó hai dung dịch (một của canxi hydroxit Ca (OH) ₂ và một của amoni florua NH ₄ F) được trộn lẫn trong khi chúng được phun trong buồng có dòng chảy. của không khí nóng.

Sau đó, phản ứng sau xảy ra:

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

NH ₄ OH bay hơi khi NH ₃ và H ₂ O và các hạt nano CaF ₂ vẫn còn .

Chúng có khả năng phản ứng cao và độ hòa tan lớn hơn, làm cho chúng hiệu quả hơn trong việc tái khoáng răng và làm chất chống mài mòn.

- Trong ống kính cho thiết bị quang học

Canxi florua được sử dụng để chế tạo các phần tử quang học như lăng kính và cửa sổ của máy quang phổ ánh sáng hồng ngoại và tia cực tím (UV).

Các thiết bị này cho phép chúng ta đo lượng ánh sáng được vật liệu hấp thụ khi truyền qua nó.

CAF ₂ là minh bạch tại các khu vực như của quang phổ ánh sáng, có chiết suất rất thấp và cho phép một giải pháp hiệu quả hơn so với các NaCl trong khoảng 1500-4000 cm ^{- 1} .

Nhờ tính ổn định hóa học, có thể chịu được các điều kiện bất lợi nên các phần tử quang CaF ₂ không bị tấn công. Nó cũng có độ cứng cao.

Trong máy ảnh

Một số nhà sản xuất máy ảnh chụp ảnh sử dụng thấu kính CaF _{2 được} kết tinh nhân tạo để giảm tán xạ ánh sáng và hiệu chỉnh độ méo màu hoàn hảo.

Một số máy ảnh có ống kính canxi florua CaF ₂ để giảm biến dạng màu sắc. Bill Ebbesen. Nguồn: Wikimedia Commons.

- Trong công nghiệp luyện kim

CaF ₂ được sử dụng làm chất trợ dung trong công nghiệp luyện kim, vì nó là nguồn canxi không hòa tan trong nước và do đó có hiệu quả trong các ứng dụng nhạy cảm với oxy.

Nó được sử dụng để nấu chảy và xử lý sắt thép ở dạng lỏng. Điều này dựa trên thực tế là nó có nhiệt độ nóng chảy tương tự như nhiệt độ của sắt và nó cũng có thể hòa tan các oxit và kim loại.

- Trong máy dò phóng xạ hoặc bức xạ nguy hiểm

CaF ₂ là vật liệu phát quang nhiệt. Điều này có nghĩa là nó có thể hấp thụ bức xạ trong các electron của cấu trúc tinh thể của nó và sau đó, khi bị đốt nóng, nó sẽ giải phóng nó dưới dạng ánh sáng.

Ánh sáng phát ra này có thể được đo bằng tín hiệu điện. Tín hiệu này tỷ lệ với lượng bức xạ mà vật liệu nhận được. Có nghĩa là lượng bức xạ nhận được càng lớn thì lượng ánh sáng mà nó sẽ phát ra sau khi bị đốt nóng càng lớn.

Đó là lý do tại sao CaF ₂ được sử dụng trong cái gọi là liều kế cá nhân, được sử dụng bởi những người tiếp xúc với bức xạ nguy hiểm và muốn biết họ đã nhận được bao nhiêu bức xạ trong một khoảng thời gian.

- Các mục đích sử dụng khác

- Nó được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khử nước và khử hydro để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

- Nó được sử dụng trong điện cực hàn kiềm. Mối hàn bền hơn thu được so với các điện cực axit. Các điện cực này rất hữu ích trong sản xuất tàu thủy và tàu thép chịu áp lực cao.

- Là một chất bổ sung chế độ ăn uống với lượng cực kỳ thấp (ppm hoặc phần triệu).

Man hàn. Các điện cực canxi florua CaF ₂ tạo thành mối hàn chắc chắn hơn. William M. Plate Jr. Nguồn: Wikimedia Commons.

Người giới thiệu

1. Pirmoradian, M. và Hooshmand, T. (2019). Khả năng tái tạo và kháng khuẩn của vật liệu nano nha khoa làm từ nhựa. Tổng hợp và đặc điểm của canxi florua (CaF ₂ ). Trong Ứng dụng của Vật liệu Nanocomposite trong Nha khoa. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
2. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ. (2019). Canxi florua. Đã khôi phục từ pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Weman, K. (2012). Hàn hồ quang kim loại (MMA) bằng tay với các điện cực được phủ. Trong Sổ tay Quy trình hàn (Tái bản lần thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Hanning, M. và Hanning, C. (2013). Vật liệu nano sinh học trong Nha khoa Dự phòng. Canxi florua nano. Trong vật liệu nano sinh học trong Nha khoa lâm sàng. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
5. Ropp, RC (2013). Nhóm 17 (H, F, Cl, Br, I) Các hợp chất kiềm thổ. Canxi Florua. Trong Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
6. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. Ấn bản thứ tư. John Wiley và các con trai.
7. Valkovic, V. (2000). Các phép đo độ phóng xạ. Trong phóng xạ trong môi trường. Máy dò phát quang nhiệt (TLD). Được khôi phục từ sciricalirect.com.