El ácido fluorhídrico es una solución de fluoruro de hidrógeno (HF) en agua . Las soluciones de HF son incoloras, ácidas y altamente corrosivas . Una concentración común es del 49% (48-52%), pero también hay soluciones más fuertes (por ejemplo, 70%) y el HF puro tiene un punto de ebullición cercano a la temperatura ambiente. Se utiliza para fabricar la mayoría de los compuestos que contienen flúor; los ejemplos incluyen el medicamento antidepresivo farmacéutico de uso común fluoxetina (Prozac) y el material PTFE (teflón). El flúor elemental se produce a partir de él. Se utiliza comúnmente para grabar vidrio y obleas de silicio.
El principal uso del ácido fluorhídrico es en la química de los organofluorados . Muchos compuestos organofluorados se preparan utilizando HF como fuente de flúor, incluidos el teflón , los fluoropolímeros , los fluorocarbonos y los refrigerantes como el freón . Muchos productos farmacéuticos contienen flúor. [4]
La mayoría de los compuestos de fluoruro inorgánico de alto volumen se preparan a partir de ácido fluorhídrico. Los más importantes son Na3AlF6 , criolita , y AlF3 , trifluoruro de aluminio . Una mezcla fundida de estos sólidos sirve como disolvente de alta temperatura para la producción de aluminio metálico . Otros fluoruros inorgánicos preparados a partir de ácido fluorhídrico incluyen fluoruro de sodio y hexafluoruro de uranio . [4]
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Se utiliza en la industria de semiconductores como un componente principal del grabado de Wright y del grabado de óxido tamponado , que se utilizan para limpiar obleas de silicio . De manera similar, también se utiliza para grabar vidrio mediante el tratamiento con dióxido de silicio para formar fluoruros de silicio gaseosos o solubles en agua. También se puede utilizar para pulir y esmerilar vidrio. [5]
Un gel de ácido fluorhídrico del 5% al 9% también se utiliza comúnmente para grabar todas las restauraciones dentales de cerámica para mejorar la unión. [6] Por razones similares, el ácido fluorhídrico diluido es un componente de los quitamanchas de óxido domésticos, en los lavados de automóviles en compuestos "limpiadores de ruedas", en inhibidores de óxido de cerámica y telas y en quitamanchas de agua. [5] [7] Debido a su capacidad para disolver óxidos de hierro, así como contaminantes a base de sílice, el ácido fluorhídrico se utiliza en calderas de precomisionamiento que producen vapor a alta presión. El ácido fluorhídrico también es útil para disolver muestras de roca (generalmente en polvo) antes del análisis. De manera similar, este ácido se utiliza en maceraciones ácidas para extraer fósiles orgánicos de rocas de silicato. La roca fosilífera se puede sumergir directamente en el ácido, o se puede aplicar una película de nitrato de celulosa (disuelta en acetato de amilo ), que se adhiere al componente orgánico y permite que la roca se disuelva a su alrededor. [8]
En un proceso estándar de refinería de petróleo conocido como alquilación , el isobutano se alquila con alquenos de bajo peso molecular (principalmente una mezcla de propileno y butileno ) en presencia de un catalizador ácido derivado del ácido fluorhídrico. El catalizador protona los alquenos (propileno, butileno) para producir carbocationes reactivos , que alquilan el isobutano. La reacción se lleva a cabo a temperaturas suaves (0 y 30 °C) en una reacción de dos fases.
El ácido fluorhídrico fue preparado por primera vez en 1771 por Carl Wilhelm Scheele . [9] Ahora se produce principalmente mediante el tratamiento del mineral fluorita , CaF 2 , con ácido sulfúrico concentrado a aproximadamente 265 °C.
El ácido también es un subproducto de la producción de ácido fosfórico a partir de apatita y fluoroapatita . La digestión del mineral con ácido sulfúrico a temperaturas elevadas libera una mezcla de gases, incluido el fluoruro de hidrógeno, que puede recuperarse. [4]
Debido a su alta reactividad hacia el vidrio, el ácido fluorhídrico se almacena en recipientes de plástico fluorado (a menudo PTFE ). [4] [5]
En solución acuosa diluida, el fluoruro de hidrógeno se comporta como un ácido débil. [10] La espectroscopia infrarroja se ha utilizado para demostrar que, en solución, la disociación va acompañada de la formación del par iónico H 3 O + ·F − . [11] [12]
Este par de iones se ha caracterizado en estado cristalino a muy baja temperatura. [13] Se ha caracterizado una asociación adicional tanto en solución como en estado sólido. [ cita requerida ]
Se supone que la polimerización ocurre a medida que aumenta la concentración. Esta suposición está respaldada por el aislamiento de una sal de un anión tetramérico H
3F−
4[14] y por cristalografía de rayos X a baja temperatura. [13] No todas las especies que están presentes en soluciones acuosas concentradas de fluoruro de hidrógeno han sido caracterizadas; además del HF−
2de lo cual se conoce [11] la formación de otras especies poliméricas, H
n −1F−n
, es muy probable.
La función de acidez de Hammett , H 0 , para 100% HF se informó por primera vez como -10,2, [15] mientras que compilaciones posteriores muestran -11, comparable a valores cercanos a -12 para ácido sulfúrico puro . [16] [17]
A diferencia de otros ácidos hidrohalogenados , como el ácido clorhídrico , el fluoruro de hidrógeno es solo un ácido débil en solución acuosa diluida. [18] Esto es en parte resultado de la fuerza del enlace hidrógeno-flúor, pero también de otros factores como la tendencia de HF, H
2O y F−
aniones para formar grupos. [19] En altas concentraciones, las moléculas de HF experimentan homoasociación para formar iones poliatómicos (como bifluoruro , HF−
2) y protones , aumentando así considerablemente la acidez. [20] Esto conduce a la protonación de ácidos muy fuertes como el ácido clorhídrico, sulfúrico o nítrico cuando se utilizan soluciones concentradas de ácido fluorhídrico. [21] Aunque el ácido fluorhídrico se considera un ácido débil, es muy corrosivo e incluso ataca al vidrio cuando está hidratado. [20]
Las soluciones diluidas son débilmente ácidas con una constante de ionización ácida K a =6,6 × 10 −4 (o p K a = 3,18 ), [10] en contraste con las soluciones correspondientes de los otros haluros de hidrógeno, que son ácidos fuertes ( p K a < 0 ). Sin embargo, las soluciones concentradas de fluoruro de hidrógeno son mucho más fuertemente ácidas de lo que implica este valor, como lo muestran las mediciones de la función de acidez de Hammett H 0 (o "pH efectivo"). Durante la autoionización de HF 100% líquido, el H 0 se midió primero como −10,2 [15] y luego se compiló como −11, comparable a valores cercanos a −12 para el ácido sulfúrico . [16] [17]
En términos termodinámicos, las soluciones de HF son altamente no ideales , con la actividad de HF aumentando mucho más rápidamente que su concentración. La acidez débil en solución diluida a veces se atribuye a la alta fuerza de enlace H—F , que se combina con la alta entalpía de disolución de HF para compensar la entalpía más negativa de hidratación del ion fluoruro. [22] Paul Giguère y Sylvia Turrell [11] [12] han demostrado por espectroscopia infrarroja que la especie de soluto predominante en solución diluida es el par de iones unidos por hidrógeno H 3 O + ·F − . [23]
A medida que aumenta la concentración de HF, también aumenta la concentración del ion difluoruro de hidrógeno . [11] La reacción
es un ejemplo de homoconjugación .
Además de ser un líquido altamente corrosivo , el ácido fluorhídrico también es un potente veneno de contacto . Dado que puede penetrar el tejido, el envenenamiento puede ocurrir fácilmente por exposición de la piel o los ojos, inhalación o ingestión . Los síntomas de exposición al ácido fluorhídrico pueden no ser evidentes inmediatamente, y esto puede proporcionar una falsa tranquilidad a las víctimas, haciendo que retrasen el tratamiento médico. [24] A pesar de su vapor irritante, el HF puede alcanzar niveles peligrosos sin un olor evidente. [5] Interfiere con la función nerviosa, lo que significa que las quemaduras pueden no ser dolorosas inicialmente. Las exposiciones accidentales pueden pasar desapercibidas, retrasando el tratamiento y aumentando la extensión y la gravedad de la lesión. [24] Los síntomas de la exposición al HF incluyen irritación de los ojos, la piel, la nariz y la garganta, quemaduras en los ojos y la piel, rinitis , bronquitis , edema pulmonar (acumulación de líquido en los pulmones) y daño óseo [25] debido a la fuerte interacción del HF con el calcio de los huesos. [26] En forma concentrada, el HF puede causar una destrucción tisular grave a través de lesiones y daños en las membranas mucosas, pero el HF diluido sigue siendo peligroso debido a su alta afinidad lipídica, lo que lleva a la muerte celular de nervios, vasos sanguíneos, tendones, huesos y otros tejidos. [27]
Las quemaduras por fluoruro de calcio se tratan con un gel de gluconato de calcio .
La molécula de HF puede causar daño tisular profundo, incluida la destrucción del hueso. ... cuando los iones de fluoruro se unen al calcio y al magnesio