Фторид натрия

Фтори́д нáтрия (фтóристый нáтрий) — неорганическое бинарное соединение с химической формулой NaF. Белое кристаллическое вещество.

Фторид натрия
Общие
Систематическое наименование	Фторид натрия
Традиционные названия	фторид натрия; фтористый натрий, виллиомит
Хим. формула	NaF
Рац. формула	NaF
Физические свойства
Состояние	бесцветный твердый порошок без запаха
Молярная масса	41,988713 г/моль
Плотность	2,558 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	993 °C
• кипения	1695 °C
• вспышки	негорюч °C
Мол. теплоёмк.	46,9 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-576,6 кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Химические свойства
Растворимость
• в воде	4,13 г/100 мл
• в остальных веществах	растворим в HF, нерастворим в этаноле
Классификация
Рег. номер CAS	7681-49-4
PubChem	5235
Рег. номер EINECS	231-667-8
SMILES	[F-].[Na+]
InChI	InChI=1S/FH.Na/h1H;/q;+1/p-1 PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M
RTECS	WB0350000
ChEBI	28741
Номер ООН	1690
ChemSpider	5045
Безопасность
ЛД50	(орально: крысы, мыши, кролики) 52-135 мг/кг
Токсичность	Зарегистрированные препараты фторида натрия относятся ко 2-му классу опасности для человека, оказывают общетоксическое действие.
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 3 0 POI
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Физические свойстваПравить

Фторид натрия — бесцветные кристаллы с кубической решеткой (a = 0,46344 нм, пространственная группа Fm3m, Z=4). Трудно растворим в воде. Хорошо растворяется в безводной плавиковой кислоте. Кристаллогидратов не образует.

Нахождение в природеПравить

В природе существует в виде относительно редкого минерала виллиомита: карминово-красные, темно-вишневые, изредка бесцветные кристаллы, содержит NaF с незначительными примесями, месторождения в Северной Америке, Африке, Кольский полуостров.

Также NaF встречается в магматических породах, входит в состав в нефелинового сиенита.

ПолучениеПравить

В промышленности фторид натрия получают щелочным гидролизом гексафторсиликатов:

$\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{6}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Na_{2}SiF_{6}+4NaOH\longrightarrow 6NaF+SiO_{2}+2H_{2}O}}$ 

при избытке щелочи

$\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}\mathsf{+}\mathsf{8}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{6}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{4}}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Na_{2}SiF_{6}+8NaOH\longrightarrow 6NaF+Na_{4}SiO_{4}+4H_{2}O}}$ 

Мировое производство фторида натрия оценивается в ~10 тыс. т.

Непосредственным взаимодействием щелочи и кислоты:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{F}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {NaOH+HF\longrightarrow NaF+H_{2}O}}$ 

Чисто теоретический интерес представляет реакция получения фторида натрия из элементов:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{+}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}$${\mathsf {2Na+F_{2}\longrightarrow 2NaF}}$ 

реакция протекает очень бурно.

Плавиковая кислота разрушает соли более слабых кислот:

$\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{F}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Na_{2}CO_{3}+2HF\longrightarrow 2NaF+CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}$ 

Также гидроксид натрия может разрушать соли летучих оснований:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}\mathsf{F}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {NaOH+NH_{4}F\longrightarrow NaF+NH_{3}\uparrow +H_{2}O}}$ 

Разложение дифторгидрата натрия при температуре ~350 °C:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{H}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{)}\stackrel{\mathsf{270}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{400}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{F}$${\mathsf {Na(HF_{2}){\xrightarrow {270-400^{o}C}}NaF+HF}}$ 

Нагрев до температуры 1100 °C гептафторониобата калия с натрием:

${\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{N}\mathsf{b}{\mathsf{F}}_{\mathsf{7}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{N}\mathsf{a}\stackrel{{\mathsf{1100}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}$${\mathsf {K_{2}[NbF_{7}]+5Na{\xrightarrow {1100^{o}C}}Nb+2KF+5NaF}}$ 

позволяет получить чистый ниобий, фторид калия и фторид натрия.

Химические свойстваПравить

В растворах фторид натрия подвергается гидролизу по аниону:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{}{\to }\mathsf{[}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{(}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{]}}^{\mathsf{+}}\mathsf{+}{\mathsf{F}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}$${\mathsf {NaF+4H_{2}O{\xrightarrow {}}[Na(H_{2}O)_{4}]^{+}+F^{-}}}$ 

${\mathsf{F}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\rightleftarrows <!--\; \rightleftarrows \; -->\mathsf{H}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{O}{\mathsf{H}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}$${\mathsf {F^{-}+H_{2}O\rightleftarrows HF+OH^{-}}}$ 

Степень гидролиза невелика, так как константа последней реакции pK = 10,8.

Присоединяет HF с образованием дифторгидрата натрия:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{F}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{H}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{)}$${\mathsf {NaF+HF{\xrightarrow {}}Na(HF_{2})}}$ 

При избытке HF образуются высшие гидрофториды натрия:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{n}\mathsf{H}\mathsf{F}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{[}\mathsf{F}\mathsf{(}\mathsf{H}\mathsf{F}{\mathsf{)}}_{\mathsf{n}}\mathsf{]}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->$${\mathsf {NaF+nHF{\xrightarrow {}}Na[F(HF)_{n}]\downarrow }}$ 

известны соединения для n = 1÷4.

Сильные нелетучие кислоты разрушают фторид натрия:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{\mathsf{>}{\mathsf{100}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{F}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2NaF+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {>100^{o}C}}Na_{2}SO_{4}+2HF\uparrow }}$ 

Насыщенный гидроксид лития благодаря плохой растворимости фторида лития разрушает фторид натрия:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{L}\mathsf{i}\mathsf{O}\mathsf{H}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{L}\mathsf{i}\mathsf{F}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->$${\mathsf {NaF+LiOH{\xrightarrow {}}NaOH+LiF\downarrow }}$ 

Образовывает гексафторсиликаты и гексафторалюминаты:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}\mathsf{]}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}\mathsf{]}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{F}$${\mathsf {2NaF+H_{2}[SiF_{6}]{\xrightarrow {}}Na_{2}[SiF_{6}]\downarrow +2HF}}$ 

$\mathsf{3}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{A}\mathsf{l}{\mathsf{F}}_{\mathsf{3}}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{3}}\mathsf{[}\mathsf{A}\mathsf{l}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}\mathsf{]}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->$${\mathsf {3NaF+AlF_{3}{\xrightarrow {}}Na_{3}[AlF_{6}]\downarrow }}$ 

Расплав фторида натрия является электролитом, следовательно его можно разложить электролизом на элементы:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\stackrel{{\mathsf{e}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->\mathsf{+}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2NaF{\xrightarrow {\ e^{-}}}2Na\downarrow +F_{2}\uparrow }}$ 

ИспользованиеПравить

 

Таблетки, содержащие фторид натрия (натриум флуоратум)

Фторид натрия и образующийся из него фторапатит используются для укрепления зубной эмали, которая и сама содержит фторапатит. Кроме добавления фтора в зубные пасты, производится фторирование питьевой воды. Зубная паста часто содержит фторид натрия, который необходим для предотвращения кариеса. Кроме того, фторид натрия используется как моющее средство. Используется в различных отраслях химической промышленности — при синтезе и в металлургии. Фторид натрия является реагентом при синтезе фреонов.

Натрия фторид используется для сохранения образцов тканей в биохимии и лекарственных тестирований; ионы фтора останавливают гликолиз. Натрия фторид часто используется вместе с иодоуксусной кислотой, которая ингибирует создание фермента альдолазы.

Натрия фторид используют как компонент составов для очистки и алитирования металлов, флюсов для сварки, пайки и переплавки металлов, стекол, эмалей, керамики, огнеупоров, как компонент кислотоупорного цемента, термостойких смазок, составов для травления стекол, твердых электролитов, как консервант древесины, инсектицид, сорбент для поглощения UF₆ из газовых потоков, реагент при получении фторуглеводородов, как компонент специальных сортов бумаги, как ингибитор брожения, компонент огнезащитных составов и средств пожаротушения.

Также имелись данные, что фторид натрия(+1) использовался в пищепроме, однако его применение в этой сфере ограничили из-за токсичности (токсичность обусловлена фторидом).

Физиологическое значениеПравить

Фторид натрия относится к потенциально-опасным веществам для человека и млекопитающих. Он классифицируется как токсичное вещество при ингаляции (например, через пыль) или при приеме пищи в высоких дозах. Как было показано, при достаточно высоких дозах влияет на сердечно-сосудистую систему; смертельная доза для человека при весе 70 кг оценивается в 5—10 г. В больших дозах, когда нужно использовать фторид натрия для лечения остеопороза, может вызвать боль в ногах и перепады в артериальном давлении, когда дозы слишком высоки, то происходит раздражение желудка, иногда такое сильное, что это может вызвать язву. В микроскопических количествах фтористый натрий NaF используется для фторирования воды. При большой концентрации фтора (или при частом употреблении продуктов, жидкостей и тому подобных продуктов, содержащих фтор) может вызвать флюороз зубов, который может привести к потере зубов.

ПДК в воздухе рабочей зоны: 1 мг/м³ (максимальная разовая), 0,2 мг/м³ (средняя сменная) в пересчёте на фторид-ионы.

Натрия фторид относится ко II классу токсичности согласно ГОСТ 12.1.007-76.