Fluorwasserstoff

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Strukturformel
Struktur von Fluorwasserstoff
Allgemeines
Name Fluorwasserstoff
Andere Namen
  • Hydrogenfluorid
  • Fluorwasserstoffgas
  • Fluoran
Summenformel HF
CAS-Nummer 7664-39-3
PubChem 14917
Kurzbeschreibung

farbloses Gas mit stechendem Geruch[1]

Eigenschaften
Molare Masse 20,00 g·mol−1
Aggregatzustand

gasförmig

Dichte
  • 0,968 g·ml−1 (Flüssigkeit am Siedepunkt)[2]
  • 0,92 g·l−1 (Gasdichte)[1]
Schmelzpunkt

−83 °C[3]

Siedepunkt

19,5 °C[3]

Dampfdruck

1028 hPa (20 °C)[3]

pKs-Wert

3,2[4]

Löslichkeit

mischbar mit Wasser[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [5]
06 – Giftig oder sehr giftig 05 – Ätzend

Gefahr

H- und P-Sätze H: 330​‐​310​‐​300​‐​314
P: 260​‐​264​‐​280​‐​284​‐​301+310​‐​302+350Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [1]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [6] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [5]
Sehr giftig Ätzend
Sehr giftig Ätzend
(T+) (C)
R- und S-Sätze R: 26/27/28​‐​35
S: (1/2)​‐​7/9​‐​26​‐​36/37/39​‐​45
MAK

0,83 mg·m−3[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Fluorwasserstoff ist ein anorganisch-chemischer Stoff, der zu den Halogenwasserstoffen gehört. Bei Zimmertemperatur liegt er als farbloses, stechend riechendes, sehr giftiges Gas vor, das leichter als Luft ist. Es ist hygroskopisch und dehydratisiert viele Stoffe. In der wasserfreien Form liegt es unterhalb des Siedepunktes von 19,51 °C als rauchende Flüssigkeit vor.

Fluorwasserstoff ist in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar und reagiert dabei sauer. Die wässrige Lösung ist als Fluorwasserstoffsäure oder Flusssäure bekannt.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Fluorwasserstoff wird durch die Reaktion seiner Salze, den Fluoriden (Beispiel: Calciumfluorid, Flussspat), mit konzentrierter Schwefelsäure hergestellt:

\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + 2 \ HF}

Diese Reaktion findet auch beim Nachweis von Fluoriden mittels der Kriechprobe Anwendung.

Achtung: Aufgrund der hohen Giftigkeit von Fluorwasserstoff sollten alle Versuche, bei denen dieser auch nur in geringsten Mengen freigesetzt wird, im Abzug durchgeführt werden.

Fluorwasserstoff fällt außerdem bei der Aluminiumherstellung und beim Brennen von Ziegeln und Feinkeramik an. Weiterhin wird es bei der Verbrennung von fluorhaltigen Abfällen oder Brennstoffen wie beispielsweise Steinkohle freigesetzt.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten]

Partialladungen: positiv, negativ

Das chemische Verhalten des Fluorwasserstoffs wird durch die extrem hohe Elektronegativität des Fluors geprägt, welches mit 4 (Pauling-Skala) die höchste aller Elemente aufweist. Das Fluorwasserstoffmolekül ist durch einen ausgeprägten Dipolcharakter mit starker negativer Partialladung beim Fluor gekennzeichnet. Durch Wasserstoffbrücken bilden sich Oligomere wie etwa (HF)6. HF hat im Vergleich zu seinem höheren analogen HCl einen relativ hohen Siedepunkt von 19,5 °C; HCl siedet demgegenüber bei −85,0 °C. Dieses Phänomen ist – wie beim Wasser – auf die Wasserstoffbrücken-Bindungen zurückzuführen.

Wässrige HF-Lösung, die Flusssäure, ist eine schwache Säure; jedoch ist wasserfreier Fluorwasserstoff eine sehr starke Protonsäure[7] und autoprotolysiert folgendermaßen:

\mathrm{3 \ HF \ \overrightarrow{\longleftarrow} \ H_2F^+ + HF_2^-}

Fluorwasserstoff ätzt Silikatglas und reagiert mit anderen Silikaten zu gasförmigem Siliciumtetrafluorid:

\mathrm{SiO_2 + 4 \ HF \ \overrightarrow{\longleftarrow} \ SiF_4 + 2 \ H_2O}

Fluorwasserstoff zeigt innerhalb der Reihe der Halogenwasserstoffe die schwächste Neigung zur Dissoziation in Wasser. Gegenüber den übrigen Halogenwasserstoffen, die vollständig dissoziieren unter Bildung von Oxonium-Ionen (H3O+) und ihrer entsprechenden Gegenionen, liegt in der Flusssäure ein Gemisch verschiedener fluoridhaltiger Ionen vor.

Reiner gasförmiger Fluorwasserstoff kann in Tankwaggons aus Eisen transportiert werden, da sich die Oberfläche des Eisens mit einer Fluoridschicht überzieht, die das Material gegen weiteren Angriff passiviert. Für Ventile, Rohrleitungen und Apparaturen wird auch Monelmetall (eine Nickel-Kupfer-Legierung) verwendet. Die wässrigen Lösungen dagegen würden das Eisen aufgrund des Anlösens der Fluoridschicht tiefgreifend oxidieren. Daher wird Flusssäure in Kunststoff-Tanks transportiert.

Die Kettenstruktur von kristallinem HF
Die Kettenstruktur von kristallinem HF

Fluorwasserstoff als Feststoff besteht aus orthorhombischen Kristallen mit Ketten, die im Zick-Zack-Muster angeordnet sind. Die HF-Moleküle haben eine H–F-Bindungslänge von 95 pm, die benachbarten Moleküle haben einen intermolekularen H–F-Abstand von 155 pm.[8]

Verwendung[Bearbeiten]

Fluorwasserstoff findet Verwendung bei der Herstellung von Fluorkohlenwasserstoffen, Aluminiumfluorid, synthetischem Kryolith (Eisstein, Na3[AlF6]), Uranhexafluorid, anderen Fluorverbindungen, Flusssäure, beim Herstellungsprozess von Tensiden und in der Farbstoffchemie. Bei der Elektrolyse von Fluorwasserstoff entsteht unter bestimmten Bedingungen elementares Fluor (F2).

Fluorwasserstoff wird als Katalysator bei der Benzinherstellung, als Lösungsmittel, in der organischen Chemie für die Substitution mit Fluor und in der Tieftemperaturtechnik eingesetzt.

Biologische Bedeutung[Bearbeiten]

Der Hauptaufnahmeweg für Fluorwasserstoff verläuft über die Atemwege und über die Haut. Aufgrund der hohen Hygroskopizität dürfte es nur in Extremfällen zum Einatmen von gasförmigem Fluorwasserstoff kommen, bei der aber mit nahezu vollständiger Resorption in den oberen Atemwegen zu rechnen ist. Viel häufiger tritt die Resorption von wässrigen Lösungen von Fluorwasserstoff (Fluorwasserstoffsäure oder Flusssäure) über die Haut auf. Die Haut stellt bei der Aufnahme kein Hindernis dar. Mit einer versehentlichen oralen Aufnahme ist aus physikalisch-chemischen Gründen und wegen des äußerst stechenden Geruches nicht zu rechnen. Wässrige Lösungen werden vollständig resorbiert. Der Vorgang kann durch eventuellen Mageninhalt verlangsamt werden.

Kontakt mit Fluorwasserstoff hat akut stark ätzende Wirkung auf Haut und Schleimhäute, insbesondere des Auges. Dabei muss beachtet werden, dass die Symptome mit bis zu 24 Stunden Verzögerung auftreten können. Erste Hilfe bei Hautkontakt ist die unmittelbare Behandlung mit Calciumgluconat-Gel.[9][10] Durch Aufnahme in den Organismus kommt es zur erheblichen Beeinflussung biochemischer Stoffwechselvorgänge durch Enzymhemmung. Chronische Auswirkungen umfassen die Schädigung des Skeletts und der Haut, sowie Beeinträchtigung der Lungenfunktion.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f g h Eintrag zu Fluorwasserstoff in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. Januar 2008 (JavaScript erforderlich).
  2. BG Chemie Merkblatt M005 Fluorwasserstoff, Flusssäure und anorganische Fluoride, Ausgabe 8/2009 Jedermann-Verlag Heidelberg, S. 8.
  3. a b c Sicherheitsdatenblatt (Linde) (PDF; 44 kB).
  4. Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
  5. a b Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 7664-39-3 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
  6. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  7.  Ralf Alsfasser, Erwin Riedel, H. J. Meyer: Moderne Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, 2007, ISBN 311019060-5, S. 104 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  8. Johnson, M. W.; Sándor, E.; Arzi, E. The Crystal Structure of Deuterium Fluoride, Acta Crystallographica, 1975, B31, S. 1998–2003. doi:10.1107/S0567740875006711.
  9. Sicherheitsdatenblatt Fluorwasserstoff
  10. Flußsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 13. November 2013.