氟化氢

【概述】化学式HF，式量20.01。无色有刺激臭味气体或液体，极性分子，由于很强的氢键作用，常温下气体呈(HF)_n(n=2～6)的缔合形式存在，80℃以上才基本由HF组成。液态时可能以比较稳定的五分子环(HF)₅或六分子环(HF)₆状态存在。气体密度0.991克/升，液体密度0.987克/厘米3，沸点19.54℃，熔点－83.1℃，有很强的腐蚀性和毒性。在空气中易形成白色酸雾，易溶于水，水溶液叫氢氟酸，酸性较弱。能溶于乙醇。能腐蚀玻璃。氟化氢是一个介电常数大的液体，能自行电离，并能与许多溶质形成导电溶液，可溶解许多有机化合物。无水液态氟化氢是一种很强的酸。应保存在塑料容器中。用于制氟化物、氢氟酸、氟硼酸、氟硅酸、有机氟碳化合物，含氟冷冻剂、含氟树脂，还用作半导体材料的清洗剂，蚀刻玻璃等。用浓硫酸跟氟化钙反应制得。

【结构】

氟化氢是极性分子，在293K时能无限制地溶于水中，原因是它同水形成氢键。氟化氢的水溶液称为氢氟酸。

氟化氢的熔点、沸点和气化热特别高是因为其分子间存在氢键的缘故。实验证明，氟化氢在气态、液态和固态时都通过氢键形成不同程度的缔合。在360K以上它的蒸气密度相当于HF，在299K时相当于(HF)₂和(HF)₃的混合物。在固态时，氟化氢由无限长的锯齿形长链组成。

【性质】【氢氟酸】

氢氟酸是一弱酸(298K时，K_a＝3.5×10^－4 )。与其它弱酸相同，浓度越稀，HF电离度越大。但溶液浓度增大时，HF₂^－ 离子增多。因为在氢氟酸溶液尤其是浓溶液中，一部分F^－ 离子通过氢键与未离解的HF分子形成缔合离子，如HF2^－ 、H₂F₃^－ 、H₃F₄^－ 等，其中HF₂^－ 离子特别稳定。

HF ＋ F^－ HF₂^－      K=5.1

稀溶液： HF ＋ H₂OH₃O^＋ ＋ F^－ K_a＝3.5×10^－4

浓溶液： 2HF ＋ H₂OH₃O^＋ ＋ HF^2－

HF₂^－ 离子是一弱碱，比水合F^－ 离子稳定，使上式平衡向右移动从而使氢氟酸的电高度增大。当浓度大干5mol·L^－1 时，氢氟酸已经是相当强的酸。用碱中和氢氟酸溶液能生成酸式盐如KHF₂也说明HF₂^－ 离子的稳定性。

氢氟酸的另一个特殊性质是它能与二氧化硅或硅酸盐反应生成气态SiF₄。

SiO₂＋4HFSiF₄＋2H₂O

CaSiO₃＋6HFCaF₂＋SiF₄＋3H₂O

液态氟化氢有微弱的自偶电离：

2HFH₂F^＋ ＋ F^－ K≈10－10

它的介电常数(84)和水(81)相仿，是一种有用的溶剂，能溶解很多无机物和有机物。