Formule, structure, propriétés et utilisations de l'acide fluorhydrique (HF)

Le acide fluorhydrique (HF) est une solution aqueuse dans laquelle le fluorure d'hydrogène est dissous. Cet acide provient principalement de la réaction de l'acide sulfurique concentré avec la fluorite minérale (CaF)₂). Le minéral est dégradé par l'action de l'acide et l'eau restante dissout les gaz du fluorure d'hydrogène.

A partir de cette même eau acide, le produit pur, c'est-à-dire le fluorure d'anhydride, peut être distillé. En fonction des quantités de gaz dissous, différentes concentrations sont obtenues et, par conséquent, plusieurs produits à base d'acide fluorhydrique sont disponibles sur le marché.

À une concentration inférieure à 40%, il a un aspect cristallin impossible à distinguer de l'eau, mais à des concentrations plus élevées, il émet des vapeurs blanches de fluorure d'hydrogène. L'acide fluorhydrique est connu comme l'un des produits chimiques les plus agressifs et les plus dangereux.

Il est capable de "manger" presque tous les matériaux avec lesquels il est en contact: des verres, des céramiques et des métaux aux roches et aux bétons. Dans quel conteneur est-il ensuite stocké? Dans des bouteilles en plastique, des polymères synthétiques inertes à leur action.

Index

• 1 formule
• 2 structure
• 3 propriétés
  • 3.1 Réactivité
• 4 utilisations
• 5 références

Formule

La formule du fluorure d'hydrogène est HF, mais celle de l'acide fluorhydrique est représentée dans un milieu aqueux, HF (ac), pour se différencier du premier.

Ainsi, l'acide fluorhydrique peut être considéré comme l'hydrate de fluorure d'hydrogène, ce qui conduit à son anhydride.

Structure

Tout acide dans l'eau a la capacité de générer des ions dans une réaction d'équilibre. Dans le cas de l'acide fluorhydrique, on estime que dans une solution il y a la paire d'ions H₃O⁺ et F^-.

L'anion F^- forme probablement un pont d'hydrogène très puissant avec l'un des hydrogènes du cation (F-H-O⁺-H₂). Ceci explique pourquoi l'acide fluorhydrique est un acide de Bronsted faible (donneur de protons, H⁺), malgré sa réactivité élevée et dangereuse; c'est-à-dire que dans l'eau, il ne libère pas tant de H⁺ par rapport aux autres acides (HCl, HBr ou HI).

Cependant, dans l'acide fluorhydrique concentré, les interactions entre les molécules de fluorure d'hydrogène sont suffisamment efficaces pour leur permettre de s'échapper en phase gazeuse.

C'est-à-dire que dans l'eau, ils peuvent interagir comme s'ils étaient dans l'anhydride liquide, formant des ponts d'hydrogène entre eux. Ces liaisons hydrogène peuvent être assimilées à des chaînes presque linéaires (H-F-H-F-H-F-) entourées d'eau.

Dans l'image supérieure, la paire non partagée d'électrons orientés dans la direction opposée de la liaison (H-F :) interagit avec une autre molécule HF pour assembler la chaîne.

Propriétés

Comme l'acide fluorhydrique est une solution aqueuse, ses propriétés dépendent de la concentration de l'anhydride dissous dans l'eau. Le HF est très soluble dans l'eau et hygroscopique, pouvant produire diverses solutions: de très concentré (fumé et avec des tons jaunes) à très dilué.

À mesure que sa concentration diminue, HF (ac) adopte des propriétés plus semblables à celles de l’eau pure que celles de l’anhydride. Cependant, les liaisons hydrogène H-F-H sont plus fortes que celles dans l'eau, H₂O-H-O-H

Les deux coexistent en harmonie dans les solutions, élevant les points d'ébullition (jusqu'à 105ºC). De même, les densités augmentent lorsque davantage d'anhydride HF est dissous. De repos, toutes les solutions de HF (ac) ont des odeurs fortes et irritantes et sont incolores.

La réactivité

Alors, quel est le comportement corrosif de l'acide fluorhydrique? La réponse réside dans la liaison H-F et la capacité de l'atome de fluor à former des liaisons covalentes très stables.

Étant un atome de fluor très petit et électronégatif, c'est un acide de Lewis puissant. C'est-à-dire qu'il est séparé de l'hydrogène pour se lier aux espèces qui offrent plus d'électrons à faible coût énergétique. Par exemple, ces espèces peuvent être des métaux, tels que le silicium présent dans les verres.

SiO₂ + 4 HF → SiF₄(g) + 2 H₂O

SiO₂ + 6 HF → H₂SiF₆ + 2 h₂O

Si l'énergie de dissociation de la liaison H-F est élevée (574 kJ / mol), pourquoi cède-t-elle les réactions? La réponse a des nuances cinétiques, structurelles et énergétiques. En général, moins le produit résultant est réactif, plus sa formation est favorisée.

Que se passe-t-il avec le F^- dans l'eau? Dans les solutions concentrées d’acide fluorhydrique, une autre molécule HF peut former une liaison hydrogène avec le F^- de la paire [H₃O⁺F^-].

Cela se traduit par la génération d'ions difluorures [FHF]^-, qui est extraordinairement acide. C'est pourquoi tout contact physique avec cela est extrêmement dangereux. La moindre exposition peut déclencher une infinité de dommages au corps.

Il existe de nombreuses règles et protocoles de sécurité pour une manipulation correcte et prévient ainsi les accidents potentiels pour ceux qui utilisent cet acide.

Utilise

C'est un composé avec de nombreuses applications dans l'industrie, dans la recherche et dans le travail des consommateurs.

- L’acide fluorhydrique génère des dérivés organiques impliqués dans le processus de purification de l’aluminium.

- Utilisé pour la séparation des isotopes de l'uranium, comme dans le cas de l'hexafluorure d'uranium (UF)₆). De même, il est utilisé dans l'extraction, le traitement et l'affinage des métaux, des roches et des huiles, également utilisés pour inhiber la croissance et l'élimination des moisissures.

- Les propriétés corrosives de l'acide ont été utilisées pour graver et brûler des cristaux, en particulier des cristaux givrés, au moyen de la technique de gravure.

- Il est utilisé dans la fabrication de semi-conducteurs en silicium, avec de multiples utilisations dans le développement de l'informatique et des technologies de l'information, responsables du développement humain.

- Il est utilisé dans l’industrie automobile en tant que nettoyant, utilisé comme détachant dans la céramique.

- En plus de servir d'intermédiaire dans certaines réactions chimiques, l'acide fluorhydrique est utilisé dans certains échangeurs d'ions impliqués dans la purification de métaux et de substances plus complexes.

- Participe à la transformation du pétrole et de ses dérivés, ce qui a permis l’obtention de solvants destinés à la fabrication de produits pour le nettoyage et l’élimination des graisses.

- Il est utilisé dans la génération d'agents de placage et de traitement de surface.

- Les consommateurs utilisent de nombreux produits dans lesquels l'acide fluorhydrique a participé à son élaboration; par exemple, certains produits nécessaires pour l'entretien des voitures, des produits de nettoyage pour les meubles, des composants électriques et électroniques et des carburants, entre autres.

Références

1. PubChem. (2018). Acide fluorhydrique. Récupéré le 3 avril 2018 de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Kat Day. (16 avril 2013). L'acide qui mange vraiment à travers tout. Récupéré le 3 avril 2018 de: chronicleflask.com
3. Wikipedia. (28 mars 2018). Acide fluorhydrique. Récupéré le 3 avril 2018 de: en.wikipedia.org.
4. Shiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique (Quatrième édition, pages 129, 207-249, 349, 407). Mc Graw Hill.
5. Acide fluorhydrique. Musc. Université médicale de Caroline du Sud. Récupéré le 3 avril 2018 de: academicdepartments.musc.edu