El fluoruro de hidrógeno ( fluorano ) es un compuesto inorgánico con fórmula química HF . Es un gas o líquido incoloro y 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 utiliza ampliamente en la industria petroquímica como componente de superácidos . Debido a los fuertes y extensos enlaces de hidrógeno , hierve casi a temperatura ambiente, mucho más alta que otros haluros de hidrógeno .
El fluoruro de hidrógeno es un gas extremadamente peligroso que forma ácido fluorhídrico corrosivo y penetrante al entrar en contacto con la humedad . El gas también puede causar ceguera por la rápida destrucción de las córneas .
En 1771, Carl Wilhelm Scheele preparó la solución acuosa de ácido fluorhídrico en grandes cantidades, aunque el ácido fluorhídrico ya era conocido en la industria del vidrio . 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 la fase gaseosa. Como líquido, el HF forma enlaces de hidrógeno relativamente fuertes , de ahí su punto de ebullición relativamente alto. El HF sólido consta de cadenas en zigzag de moléculas de HF. Las moléculas de HF, con un enlace covalente corto H-F de 95 pm de longitud, están unidas a moléculas vecinas por distancias intermoleculares H-F de 155 pm. [4] El HF líquido también consta de cadenas de moléculas de HF, pero las cadenas son más cortas y constan en promedio de sólo 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 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 otros haluros de hidrógeno presentan solubilidades limitantes en agua. El fluoruro de hidrógeno forma un monohidrato HF . H 2 O con punto de fusión −40 °C (−40 °F), que está 44 °C (79 °F) por encima del punto de fusión del HF puro. [9]
Las soluciones acuosas de HF se denominan ácido fluorhídrico . Cuando se diluye, el ácido fluorhídrico se comporta como un ácido débil, a diferencia de los otros ácidos hidrohálicos, 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 iónicos. En 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 los ácidos de Lewis para dar superácidos . Una función de acidez de Hammett ( H 0 ) de −21 se obtiene con pentafluoruro de antimonio (SbF 5 ), formando ácido fluoroantimónico . [12] [13]
El fluoruro de hidrógeno generalmente se produce por la reacción entre el ácido sulfúrico y los 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 industrialmente 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 fluorocarbonos. Una aplicación importante de esta reacción es la producción de tetrafluoroetileno (TFE), precursor del teflón . El cloroformo es fluorado por HF para producir clorodifluorometano (R-22): [14]
La pirólisis de 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 con enlaces C – F. De esta manera se producen ácidos carboxílicos perfluorados y ácidos sulfónicos . [15]
El 1,1-difluoroetano se produce añadiendo HF a 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 electroobtención de aluminio se basa en la electrólisis del fluoruro de aluminio en criolita fundida. Por cada tonelada de Al producida se consumen varios kilogramos de HF. Otros fluoruros metálicos se producen utilizando HF, incluido el tetrafluoruro de uranio . [14]
El HF es el precursor del flúor elemental , F2 , mediante electrólisis de una solución de HF y bifluoruro de potasio . El bifluoruro de potasio es necesario porque el HF anhidro no conduce electricidad. Anualmente se producen varios miles de toneladas de F 2 . [dieciséis]
El HF sirve como catalizador en procesos de alquilación en refinerías. Se utiliza en la mayoría de las instalaciones de producción de alquilbenceno 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 ( gasolina ), se genera en unidades de alquilación que combinan olefinas C 3 y C 4 e isobutano . [14]
El fluoruro de hidrógeno es un excelente disolvente. Como reflejo de la capacidad del HF para participar en los enlaces de hidrógeno, incluso las proteínas y los carbohidratos se disuelven en el HF y pueden recuperarse de él. Por el contrario, la mayoría de los productos químicos inorgánicos sin fluoruro reaccionan con el HF en lugar de disolverse. [17]
El fluoruro de hidrógeno es altamente corrosivo y un poderoso veneno de contacto. La exposición requiere atención médica inmediata. [18] Puede causar ceguera por la rápida destrucción 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 latidos cardíacos irregulares o por edema pulmonar (acumulación de líquido en los pulmones). [18]
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