حمض الهيدروفلوريك

حمض الهيدروفلوريك هو محلول من فلوريد الهيدروجين (HF) في الماء . محاليل HF عديمة اللون، حمضية ، وذات قدرة عالية على التآكل . يبلغ تركيزه الشائع 49% (48-52%)، ولكن توجد أيضًا محاليل أقوى (مثل 70%)، ويبلغ متوسط ​​درجة غليان HF النقي حوالي درجة حرارة الغرفة. يُستخدم في تصنيع معظم مركبات الفلور العضوية ؛ ومن الأمثلة على ذلك دواء فلوكستين (بروزاك) المضاد للاكتئاب، ومادة متعدد رباعي فلورو الإيثيلين (تفلون). يُنتج منه عنصر الفلور . ويُستخدم عادةً في حفر رقائق الزجاج والسيليكون.

تم تحضير حمض الهيدروفلوريك لأول مرة في عام 1771، على يد كارل ويلهلم شيل . ^{[ 9 ]} ويتم إنتاجه الآن بشكل رئيسي عن طريق معالجة معدن الفلوريت ، CaF2 _، بحمض الكبريتيك المركز عند حوالي 265  درجة مئوية.

CaF ₂ + H ₂ SO ₄ → 2 HF + CaSO ₄

يُعدّ هذا الحمض أيضاً منتجاً ثانوياً لإنتاج حمض الفوسفوريك من الأباتيت والفلوروأباتيت . ويؤدي هضم المعدن بحمض الكبريتيك في درجات حرارة مرتفعة إلى إطلاق خليط من الغازات، بما في ذلك فلوريد الهيدروجين، والذي يمكن استخلاصه . ^{[ 4 ]}

نظراً لتفاعل حمض الهيدروفلوريك الشديد مع الزجاج، فإنه يُخزن في عبوات بلاستيكية مفلورة (غالباً من مادة PTFE ). ^{[ 4 ] [ 5 ]}

في المحلول المائي المخفف ^، يتصرف فلوريد الهيدروجين كحمض ضعيف. ^{[ 10 ]} وقد استُخدمت مطيافية الأشعة تحت الحمراء لإظهار أن التفكك في المحلول يترافق مع ^تكوين الزوج الأيوني H3O ⁺ · F− ^{. [} ₁₁ ^{] [ 12} ]

H₂O + HF ⇌ H₃O ⁺ ⋅F ⁻ pKa ₌ 3.17_​​_​​ 

تم توصيف هذا الزوج الأيوني في الحالة البلورية عند درجة حرارة منخفضة للغاية. ^{[ 13 ]} كما تم توصيف المزيد من التجمعات في كل من المحلول والحالة الصلبة.

HF + F ⁻ ⇌ HF − 2 log K = 0.6 

يُفترض أن عملية البلمرة تحدث مع ازدياد التركيز. يدعم هذا الافتراض عزل ملح أنيون رباعي الوحدات H₃F⁻⁴ [ ¹⁴ ] ^، بالإضافة إلى دراسة البلورات بالأشعة السينية عند درجات حرارة منخفضة [13]. ^{لم تُحدد جميع الأنواع} الموجودة في المحاليل المائية المركزة لفلوريد الهيدروجين؛ فبالإضافة إلى HF⁻² المعروف ^[ 11 ^] ، يُلاحظ تكوّن أنواع بوليمرية أخرى ، _H₃F⁻⁴ ^._{من المرجح جداً أن يكون n −1} F ⁻ _n .

تم الإبلاغ لأول مرة عن دالة حموضة هاميت ، H₀ _، لحمض الهيدروفلوريك النقي بنسبة 100% بقيمة -10.2، ^{[ 15 ]} بينما تُظهر التجميعات اللاحقة قيمة -11، وهي قيمة مماثلة لقيم تقارب -12 لحمض الكبريتيك النقي . ^{[ 16 ] [ 17 ]}

على عكس الأحماض الهيدروهاليكية الأخرى ، مثل حمض الهيدروكلوريك ، يُعد فلوريد الهيدروجين حمضًا ضعيفًا في المحاليل المائية المخففة. ^{[ 18 ]} _{ويعود ذلك} جزئيًا إلى قوة الرابطة بين الهيدروجين والفلور، بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل ميل أيونات HF و H₂O و F⁻ إلى تكوين تجمعات. ^{[ 19 ]} عند التركيزات العالية، تتجمع جزيئات HF لتكوين أيونات متعددة الذرات (مثل ثنائي فلوريد الهيدروجين ، HF⁻² ) وبروتونات ، مما يزيد من حموضتها بشكل كبير. ^{[ 20 ] ويؤدي} ذلك إلى بروتنة الأحماض القوية جدًا مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك وحمض النيتريك عند استخدام محاليل حمض الهيدروفلوريك المركزة. ^{[ 21 ]} على الرغم من أن حمض الهيدروفلوريك يُعتبر حمضًا ضعيفًا، إلا أنه شديد التآكل، حتى أنه يُهاجم الزجاج عند ترطيبه. ^{[ 20 ]}

تكون المحاليل المخففة حمضية ضعيفة، وثابت تأين الحمض فيها _هو Ka =6.6 × 10⁻⁴ (أو pKa ₌ 3.18 )   ، ^[ 10 ^] على عكس المحاليل المقابلة لهاليدات الهيدروجين الأخرى، وهي أحماض قوية ( pKa < ₀ ) . مع ذلك ^{، فإن} محاليل فلوريد الهيدروجين المركزة أكثر حمضية بكثير مما تشير إليه هذه القيمة، كما يتضح من قياسات دالة حموضة هاميت _H₀ ( أو "الأس الهيدروجيني الفعال"). أثناء التأين الذاتي لـ HF السائل بنسبة 100%، _تم قياس H₀ لأول مرة عند -10.2 ^{[ 15 ]} ، ثم جُمعت لاحقًا عند -11، وهي قيمة مماثلة لقيم حمض الكبريتيك القريبة من -12. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

من الناحية الديناميكية الحرارية، تُعد محاليل حمض الهيدروفلوريك غير مثالية إلى حد كبير ، حيث يزداد نشاط حمض الهيدروفلوريك بسرعة أكبر بكثير من زيادة تركيزه. تُعزى الحموضة الضعيفة في المحلول المخفف أحيانًا إلى قوة الرابطة العالية بين الهيدروجين والفلور ، والتي تتحد مع إنثالبي ذوبان حمض الهيدروفلوريك العالي لتُطغى على إنثالبي تميؤ أيون الفلوريد الأكثر سلبية . ^{[ 22 ]} وقد أظهر بول جيغير وسيلفيا توريل ^{[ 11 ] [ 12 ]} باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء ^أن النوع المذاب السائد في المحلول _المخفف هو زوج الأيونات المرتبط بروابط هيدروجينية H3O ⁺ · F− ^{. [ 23} ]

H₂O + ^HF ⇌ H₃O⁺ ^· F⁻_​​_​​​

مع ازدياد تركيز فلوريد الهيدروجين، يزداد تركيز أيون ثنائي فلوريد الهيدروجين أيضًا. ^{[ 11 ]} التفاعل

3 HF ⇌ HF − 2 + H ₂ F ⁺

هذا مثال على الاقتران المتجانس .

إضافةً إلى كونه سائلاً شديد التآكل ، يُعد حمض الهيدروفلوريك سماً قوياً عند ملامسته . ونظراً لقدرته على اختراق الأنسجة، يُمكن أن يحدث التسمم بسهولة عند ملامسته للجلد أو العينين، أو استنشاقه ، أو ابتلاعه . قد لا تظهر أعراض التعرّض لحمض الهيدروفلوريك فوراً، مما قد يُعطي الضحايا شعوراً زائفاً بالاطمئنان، ويؤدي إلى تأخير العلاج الطبي. ^{[ 24 ]} على الرغم من أن بخاره مُهيّج، إلا أن حمض الهيدروفلوريك قد يصل إلى مستويات خطيرة دون رائحة واضحة. ^{[ 5 ]} كما أنه يُؤثر على وظائف الأعصاب، مما يعني أن الحروق قد لا تكون مؤلمة في البداية. وقد تمر حالات التعرّض العرضي دون أن يلاحظها أحد، مما يُؤخر العلاج ويزيد من مدى الإصابة وخطورتها. ^{[ 24 ]} تشمل أعراض التعرّض لحمض الهيدروفلوريك تهيج العينين والجلد والأنف والحلق، وحروق العين والجلد، والتهاب الأنف ، والتهاب الشعب الهوائية ، والوذمة الرئوية (تراكم السوائل في الرئتين)، وتلف العظام ^{[ 25 ]} نتيجة تفاعل حمض الهيدروفلوريك بقوة مع الكالسيوم في العظام. ^{[ 26 ]} في صورته المركزة، يُمكن أن يُسبب حمض الهيدروفلوريك تلفًا شديدًا في الأنسجة من خلال إحداث آفات وتلف الأغشية المخاطية، إلا أن حمض الهيدروفلوريك المخفف يظل خطيرًا نظرًا لشدة انجذابه للدهون، مما يؤدي إلى موت الخلايا في الأعصاب والأوعية الدموية والأوتار والعظام وغيرها من الأنسجة. ^{[ 27 ]} حالات تلف الأمعاء الناتج عن ملامسة حمض الهيدروفلوريك والتي تتطلب تدخلًا جراحيًا نادرة، ولكنها موثقة في الأدبيات الطبية. ^{[ 28 ]}

يمكن علاج حروق حمض الهيدروفلوريك باستخدام جل غلوكونات الكالسيوم أو " سداسي فلوريد الكالسيوم "، وهو محلول تطهير مفرط التوتر، مذبذب، ومخلب. ^{[ 29 ]}

• تحلل الطور البخاري
• انفجار مصفاة فيلادلفيا لحلول الطاقة عام 2019

• بطاقة السلامة الكيميائية الدولية رقم 0283
• دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) للمخاطر الكيميائية
• CID 14917 من PubChem (HF)
• CID 144681 من PubChem (5HF)
• CID 141165 من PubChem (6HF)
• CID 144682 من PubChem (7HF)
• "حرق حمض الهيدروفلوريك" ، مجلة نيو إنجلاند الطبية - دراسة حالة لحروق الأحماض