Calciumfluorid

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Kristallstruktur
Struktur von Calciumfluorid
__ Ca2+     __ F
Allgemeines
Name Calciumfluorid
Andere Namen
Verhältnisformel CaF2
CAS-Nummer 7789-75-5
Kurzbeschreibung

weißer, geruchloser Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 78,08 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

3,18 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

1423 °C[3]

Siedepunkt

2513 °C[2]

Löslichkeit

praktisch unlöslich in Wasser (16 mg·l−1 bei 20 °C)[2]

Brechungsindex

1,4338[4]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze [1]
MAK

1 mg·m−3[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

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Calciumfluorid (auch Kalziumfluorid, eigentlich Calciumdifluorid) ist das Calciumsalz der Fluorwasserstoffsäure.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Calciumfluorid bildet farblose, in Wasser und verdünnten Säuren schwerlösliche Kristalle. Natürlich vorkommendes Calciumfluorid heißt Fluorit oder Flussspat und ist meist durch Verunreinigungen gelb, grün, blau oder violett gefärbt. Calciumfluorid kristallisiert in dem weitverbreiteten Fluoritgitter. In den meisten Lösungsmitteln wie Wasser, Alkohol usw. ist es schwer löslich. Für Ultraviolett- und Infrarotstrahlung besitzt es eine hohe Durchlässigkeit.
Alkalilaugen greifen Calciumfluorid nicht an. Mit Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt auch unter Rotglut keine Reaktion.

Reaktionen[Bearbeiten]

\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4 \longrightarrow 2 \ HF \uparrow + CaSO_4}
Calciumfluorid und Schwefelsäure setzen Fluorwasserstoff frei.
\mathrm{Ca^{2+} + 2 \ F^- \longrightarrow CaF_2 \downarrow}
Calcium-Kationen und Fluorid-Anionen bilden immer das schwerlösliche Calciumfluorid.

Vorkommen und Gewinnung[Bearbeiten]

Flussspat wird in großen Mengen, mehrere Millionen Tonnen pro Jahr, im Tage- und Tiefbau bergmännisch gewonnen. Da es mit anderen Mineralien wie Schwerspat (Bariumsulfat BaSO4, Bleiglanz PbS und Quarz SiO2) vergesellschaftet ist, muss das 30–60 % CaF2 enthaltende Roherz vor einer industriellen Verwertung aufgearbeitet werden. Hierzu wird das geförderte Erz mechanisch zerkleinert und anschließend durch (mehrstufige) Flotation auf bis zu 98 % aufkonzentriert. Als Handelsform unterscheidet man

  • Kristallspat mit mehr als 99 % CaF2
  • Säurespat mit mehr als 97 % CaF2
  • Keramikspat mit mehr als 95 % CaF2
  • Hüttenspat mit mehr als 85 % CaF2
  • Metallspat mit 75–82 % CaF2

Reines Calciumfluorid gewinnt man durch Umsatz von Fluorwasserstoff oder Hexafluorokieselsäure mit Calciumcarbonat, da ausgefälltes Calciumfluorid in Abwesenheit von Calciumcarbonat gelatinöse Konsistenz hat und daher schwer zu reinigen ist.[5]

Verwendung[Bearbeiten]

Calciumfluorid ist neben den Fluoriden aus der Phosphorsäureherstellung der wichtigste Rohstoff zur Fluorherstellung. Entsprechend den oben genannten Flussspatqualitäten wird Calciumfluorid für folgende Anwendungen verwendet:

  • Kristallspat zum Schleifen von Linsen und optischen Gläsern
  • Säurespat für die Herstellung von Fluorwasserstoff
  • Keramikspat für die Herstellung von Glas und Email
  • Hüttenspat als Flussmittel und Schlacke in der Metallurgie

Weitere Anwendungen:

  • Katalysator für die Kalkstickstoffherstellung
  • Wegen ihrer Durchlässigkeit für ultraviolettes und infrarotes Licht werden Einkristalle in der instrumentellen Analytik und bei der Herstellung von elektronischen Schaltkreisen als Linsen verwendet.
  • Wegen seiner optischen Eigenschaften kommen in hochwertigen Objektiven und Fernrohren Calciumfluoridlinsen in Apochromaten zum Einsatz.
  • Aufgrund der gegenseitigen Kompensation der Änderung des Brechungsindex und der Wärmedehnung sind thermische Linsen nur schwach ausgeprägt. Aus diesem Grund wird Calciumfluorid als Fenster für Laserstrahlen mit hoher Leistungsdichte eingesetzt.
  • Standardmineral der Mohsschen Härteskala (Härte 4).

Vorsichtsmaßnahmen[Bearbeiten]

Bei Kontakt mit starken Säuren wird Fluorwasserstoff freigesetzt. Dieser ist außerordentlich giftig und stark ätzend.

Nachweis[Bearbeiten]

Ätzprobe: CaF2 mit etwas 6 N Schwefelsäure in ein Reagenzglas geben. Die Benetzung der Glasoberfläche ändert sich, da Fluorwasserstoffsäure HF entsteht.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e Eintrag zu Calciumfluorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Januar 2008 (JavaScript erforderlich).
  2. a b c Datenblatt Calciumfluorid bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.
  3. H. Kojima, S. G. Whiteway, C. R. Masson: Melting points of inorganic fluorides. In: Canadian Journal of Chemistry. 1968, 46, 18, S. 2968–2971, doi:10.1139/v68-494,
  4. David R. Lide (Ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90th Edition (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Index of Refraction of Inorganic Crystals, S. 10-245.
  5. G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 233-4.