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composto chimico Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
Il fluoruro di calcio è un composto inorganico binario di calcio e fluoro ed è anche il sale di calcio dell'acido fluoridrico, la cui formula è CaF2. È presente in natura come minerale fluorite, noto anche con la denominazione tradizionale di spato fluore:[3][4] consiste in cristalli trasparenti di ragguardevole durezza, 4 nella scala di Mohs (ne è il cristallo di riferimento).[5] Tali cristalli, quasi insolubili in acqua, sono incolori se puri, ma spesso variamente colorati e a volte anche fluorescenti per la presenza di impurezze o difetti reticolari.[6]
| Fluoruro di calcio | |
|---|---|
| |
 | |
| Nome IUPAC | |
| Difluoruro di calcio | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | CaF2 |
| Massa molecolare (u) | 78,074806 u |
| Aspetto | solido bianco |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 232-188-7 |
| PubChem | 24617 e 84512 |
| DrugBank | DBDB15962 |
| SMILES | [F-].[F-].[Ca+2] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 3,18 (20 °C) |
| Solubilità in acqua | 0,016 g/l (18 °C) |
| Costante di solubilità a 298 K | 1,46×10−10 |
| Temperatura di fusione | 1418 °C (1691 K) |
| Temperatura di ebollizione | 2 513 °C (2 786 K) |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Frasi H | -- [1][2] |
Il fluoruro di calcio si può preparare in laboratorio semplicemente mescolando una soluzione acquosa di un sale di calcio solubile (CaCl2, Ca(NO3)2) con un fluoruro alcalino solubile (NaF, KF); si forma un precipitato bianco di CaF2 che viene filtrato e asciugato:[7]
Reazioni di precipitazione come questa con lo ione calcio (Ca++) sono utili quando si vogliano allontanare ioni fluoruro da una soluzione acquosa e altrettanto può essere fatto impiegando l'analogo ione magnesio (Mg++).
In alternativa, si può preparare CaF2 per azione dell'acido fluoridrico sul carbonato di calcio con liberazione di anidride carbonica:[7]
Il fluoruro di calcio, trattato con soluzioni concentrate di acidi forti, si dissolve in esse liberando acido fluoridrico; il trattamento con l'acido solforico concentrato (≥ 95%), ad esempio, si usa per la produzione di HF:[8]
A temperatura ambiente è un solido ionico che si presenta come cristalli incolori o polvere cristallina bianca, inodore, non igroscopica e praticamente insolubile in acqua, assomigliando in questo al fluoruro di magnesio MgF2. Il suo reticolo cristallino è cubico, formato da cationi Ca++ e anioni F– in numero doppio. Nel reticolo ogni ione calcio è circondato da otto ioni fluoro (ai vertici di un cubo) e ogni ione fluoro è a sua volta circondato da quatto ioni calcio (ai vertici di un tetraedro); il lato cubico della cella elementare, contenente quattro unità formula,[9] è lungo 545,1 pm,[10] secondo calcoli teorici 551,5 pm.[11]
Questo tipo di struttura è diffuso in diversi altri sali, ossidi e composti inorganici binari con lo stesso rapporto stechiometrico 1:2, tanto da essere chiamato, per antonomasia, «struttura della fluorite»;[12][13][14] questa struttura è adottata anche dai fluoruri dei due metalli alcalino-terrosi che seguono il calcio nello stesso gruppo, lo stronzio e il bario; per quelli precedenti, tuttavia, al diminuire del raggio ionico del catione le strutture cambiano: il fluoruro di magnesio prende la struttura del rutilo (TiO2) e del quello di berillio prende quella del quarzo (SiO2), e queste ultime sono altre due strutture tipiche per composti 1:2.[15]
Termodinamicamente CaF2 è un composto stabilissimo, ΔHƒ° = -1.225,91 kJ/mol.[16] A differenza di tutti gli altri alogenuri di calcio (CaCl2, CaBr2, CaI2), che sono solubilissimi in acqua, il fluoruro di calcio è pochissimo solubile: s = 0,016 g/L a 20 °C, molto meno del già poco solubile solfato (CaSO4, 2,60 g/L[17]) e Ks = 3,9×10−11 M3;[18] si scioglie però un po' di più in soluzioni acquose acide, per la parziale idrolisi dello ione fluoruro a dare HF:
L'acido fluoridrico liquido ne discioglie 8,17 g per ogni chilogrammo di HF (a 12 °C) , dando quindi una soluzione ~0,1 m.[19]
Il fluoruro di calcio in fase vapore, ΔHƒ° = -784,50 kJ/mol,[20] è costituito da molecole F–Ca–F angolari (∠(FCaF) ~145°) e questo la rende una molecola polare, a notevole differenza delle previsioni VSEPR, che indicherebbero invece una disposizione lineare. Inoltre, mentre questo fenomeno non si verifica per BeF2 e MgF2, che sono molecole lineari, l'angolo analogo si stringe ancora di più per i fluoruri degli omologhi superiori del calcio: ~120° per SrF2 e ~108° per BaF2.[15]
I cristalli di fluoruro di calcio sono trasparenti, oltre che nel visibile, anche in ampie porzioni dell'infrarosso e dell'ultravioletto, coprendo approssimativamente l'intervallo di lunghezze d'onda 125÷8000 nm;[21][22] inoltre, la variazione del suo indice di rifrazione con la lunghezza d'onda della radiazione che li attraversa è minore rispetto ai comuni vetri ottici e questo lo rende un materiale per vetri ottici di lenti, di speciale utilità in ottica e fotografia (vetri a bassa dispersione).[23] Questo materiale viene usato anche usato in finestre ottiche, filtri, specchi e prismi.[24]
Il fluoruro di calcio in condizioni ambiente, ma anche in ampi intervalli di temperature e pressioni, è un isolante con costante dielettrica 6,76,[25] un indice di rifrazione di 1,4338 (a λ = 587,6 nm)[26] ed è un materiale avente un band-gap indiretto, calcolato in 7,45 eV.[11]
Il fluoruro di calcio come minerale è praticamente l'unica sorgente di fluoro su grande scala ed è in particolare impiegato nella produzione di acido fluoridrico e, da questo, anche del fluoro elementare per elettrolisi di soluzioni in esso di fluoruro di potassio.[27]
Oltre che come componente di vetri ottici, viene usato come componente di strati antiriflesso per lenti di obiettivi fotografici.[28] Cristalli di fluoruro di calcio sono utilizzati anche in fisica nucleare come scintillatori per la rivelazione di raggi gamma e particelle cariche.[25]
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