El fluoruro de hidrógeno (flurano) es un compuesto inorgánico con fórmula química H F . Es un gas o líquido incoloro muy venenoso que se disuelve en agua para producir una solución acuosa denominada ácido fluorhídrico . Es la principal fuente industrial de flúor , a menudo en forma de ácido fluorhídrico, y es una materia prima importante en la preparación de muchos compuestos importantes, incluidos productos farmacéuticos y polímeros , por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE). El HF también se usa ampliamente en la industria petroquímica como componente de superácidos . Debido a los fuertes y extensos enlaces de hidrógeno , hierve a una temperatura cercana a la ambiente, mucho más alta que otros haluros de hidrógeno .
El fluoruro de hidrógeno es un gas extremadamente peligroso que, al entrar en contacto con la humedad , forma ácido fluorhídrico corrosivo y penetrante . El gas también puede causar ceguera por destrucción rápida de las córneas .
En 1771, Carl Wilhelm Scheele preparó la solución acuosa de ácido fluorhídrico en grandes cantidades, aunque este compuesto ya se conocía en la industria del vidrio antes de esa fecha. Al químico francés Edmond Frémy (1814-1894) se le atribuye el descubrimiento del fluoruro de hidrógeno (HF) mientras intentaba aislar el flúor .
El HF es diatómico en fase gaseosa. En estado líquido, el HF forma enlaces de hidrógeno relativamente fuertes , de ahí su punto de ebullición relativamente alto. El HF sólido está formado por cadenas en zigzag de moléculas de HF. Las moléculas de HF, con un enlace covalente H–F corto de 95 pm de longitud, están unidas a las moléculas vecinas por distancias intermoleculares H–F de 155 pm. [4] El HF líquido también está formado por cadenas de moléculas de HF, pero las cadenas son más cortas y constan de una media de tan solo cinco o seis moléculas. [5]
El fluoruro de hidrógeno no hierve hasta los 20 °C, a diferencia de los haluros de hidrógeno más pesados, que hierven entre −85 °C (−120 °F) y −35 °C (−30 °F). [6] [7] [8] Este enlace de hidrógeno entre las moléculas de HF da lugar a una alta viscosidad en la fase líquida y a una presión inferior a la esperada en la fase gaseosa.
El HF es miscible con agua (se disuelve en cualquier proporción). Por el contrario, los demás haluros de hidrógeno presentan solubilidades limitantes en agua. El fluoruro de hidrógeno forma un monohidrato HF . H 2 O con un punto de fusión de −40 °C (−40 °F), que es 44 °C (79 °F) superior al punto de fusión del HF puro. [9]
Las soluciones acuosas de HF se denominan ácido fluorhídrico . Cuando está diluido, el ácido fluorhídrico se comporta como un ácido débil, a diferencia de los otros ácidos hidrohalogenados, debido a la formación de pares de iones unidos por enlaces de hidrógeno [ H 3 O + ·F − ]. Sin embargo, las soluciones concentradas son ácidos fuertes, porque predominan los aniones bifluoruro , en lugar de los pares de iones. En el HF anhidro líquido, se produce la autoionización : [10] [11]
que forma un líquido extremadamente ácido ( H 0 = −15,1 ).
Al igual que el agua, el HF puede actuar como una base débil, reaccionando con ácidos de Lewis para dar superácidos . Se obtiene una función de acidez de Hammett ( H 0 ) de −21 con pentafluoruro de antimonio (SbF 5 ), formando ácido fluoroantimónico . [12] [13]
El fluoruro de hidrógeno se produce típicamente mediante la reacción entre el ácido sulfúrico y grados puros del mineral fluorita : [14]
Alrededor del 20% del HF fabricado es un subproducto de la producción de fertilizantes, que genera ácido hexafluorosilícico . Este ácido puede degradarse para liberar HF térmicamente y por hidrólisis:
En general, el fluoruro de hidrógeno anhidro es más común en la industria que su solución acuosa, el ácido fluorhídrico . Sus principales usos, en términos de tonelaje, son como precursor de compuestos organofluorados y precursor de criolita para la electrólisis del aluminio. [14]
El HF reacciona con los clorocarbonos para dar lugar a fluorocarbonos. Una aplicación importante de esta reacción es la producción de tetrafluoroetileno (TFE), precursor del teflón . El cloroformo es fluorado por el HF para producir clorodifluorometano (R-22): [14]
La pirólisis del clorodifluorometano (a 550-750 °C) produce TFE.
El HF es un disolvente reactivo en la fluoración electroquímica de compuestos orgánicos. En este enfoque, el HF se oxida en presencia de un hidrocarburo y el flúor reemplaza los enlaces C–H por enlaces C–F . De esta manera se producen ácidos carboxílicos perfluorados y ácidos sulfónicos . [15]
El 1,1-difluoroetano se produce añadiendo HF al acetileno utilizando mercurio como catalizador. [15]
El intermedio en este proceso es el fluoruro de vinilo o fluoroetileno, el precursor monomérico del fluoruro de polivinilo .
La electroextracción de aluminio se basa en la electrólisis del fluoruro de aluminio en criolita fundida. Se consumen varios kilogramos de HF por cada tonelada de aluminio producida. Se producen otros fluoruros metálicos utilizando HF, incluido el tetrafluoruro de uranio . [14]
El HF es el precursor del flúor elemental , F 2 , mediante la electrólisis de una solución de HF y bifluoruro de potasio . El bifluoruro de potasio es necesario porque el HF anhidro no conduce la electricidad. Se producen varios miles de toneladas de F 2 anualmente. [16]
El HF actúa como catalizador en los procesos de alquilación en las refinerías. Se utiliza en la mayoría de las instalaciones de producción de benceno de alquilo lineal instaladas en el mundo. El proceso implica la deshidrogenación de n -parafinas a olefinas y la posterior reacción con benceno utilizando HF como catalizador. Por ejemplo, en las refinerías de petróleo, el "alquilato", un componente de la gasolina de alto octanaje , se genera en unidades de alquilación, que combinan olefinas C3 y C4 e isobutano . [ 14]
El fluoruro de hidrógeno es un excelente disolvente. Debido a la capacidad del HF para participar en la formación de puentes de hidrógeno, incluso las proteínas y los carbohidratos se disuelven en HF y pueden recuperarse de él. Por el contrario, la mayoría de los productos químicos inorgánicos que no contienen flúor reaccionan con el HF en lugar de disolverse. [17]
El fluoruro de hidrógeno es altamente corrosivo y un potente veneno por contacto. La exposición requiere atención médica inmediata. [18] Puede causar ceguera por destrucción rápida de las córneas . La inhalación de fluoruro de hidrógeno en niveles altos o en combinación con el contacto con la piel puede causar la muerte por un ritmo cardíaco irregular o por edema pulmonar (acumulación de líquido en los pulmones). [18]
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