العلومالكيمياءالكيمياء غير العضوية

فلوريد الكالسيوم – CaF2

في الكيمياء يستخدم مركب فلوريد الكالسيوم (CaF2) في صناعة الألمنيوم وفي تبطين الفرامل وفي تصنيع الزجاج وأيضا في إنتاج فريتات المينا والزجاج وفي إنتاج عوامل اللحام.

 

فلوريد الكالسيوم

 

  • يعد فلوريد الكالسيوم ذو الصيغة الكيميائية التالية (CaF2) عبارة عن مركب أيوني غير قابل للذوبان يتكون من أيونات الكالسيوم (+Ca2) وأيون الفلور السالب (-F)، علما أنه يوجد بشكل طبيعي كمعدن “الفلوريت” (ويسمى أيضًا الفلورسبار) و”بلو جون”.

 

  • إن ملح فلوريد الكالسيوم هو عبارة عن مصدر معظم الفلور في العالم، وتتبنى هذه المادة الصلبة غير القابلة للذوبان بنية مكعبة حيث يتم تنسيق الكالسيوم مع ثمانية أنيونات فلوريد وكل أيون (F−) يكون محاط بأربعة أيونات (+Ca2)، حيث يتركز الوجه في أيونات (+Ca2)، معلمات الخلية هي: (أ = ب = ج = 3.865)، (α = β = γ = 60 درجة)، كما أن حجم الخلية = 40.83 Å3.

 

  • على الرغم من أن المادة النقية عديمة اللون، إلا أن المعدن غالبًا ما يكون ملونًا بعمق بسبب وجود “مراكز F” (وهي إلكترونات محاصرة بسبب فراغ في التركيب البلوري)، ومعدن الفلوريت معروف جيداً ويحظى بتقدير كبير بسبب لمعانه الزجاجي وتنوع ألوانه الغني، ومجموعة الألوان الشائعة للفلوريت بدءًا من اللون المميز الأرجواني ثم الأزرق والأخضر والأصفر وعديم اللون والبني والوردي والأسود والبرتقالي المحمر مدهش ولا ينافسه إلا الكوارتز في نطاق الألوان، ومن الممكن أيضًا استخدام ألوان الباستيل الوسيطة بين الألوان المذكورة سابقًا، لذا فإنه من السهل معرفة سبب اكتساب الفلوريت سمعة “المعدن الأكثر ملونًا في العالم”.

 

  • يتكون مركب فلوريد الكالسيوم بشكل طبيعي من المصدر الرئيسي لمركب فلوريد الهيدروجين، والذي هو عبارة عن مادة كيميائية تستعمل من أجل إنتاج مجموعة واسعة من المواد، ويتحرر الفلوريد من المعدن بفعل حمض الكبريتيك المركز كما في المعادلة التالية:

 

CaF2(solid) + H2SO4(liq) ⇒ CaSO4 (solid) + 2HF (gas)
  • يتم تحويل مركب فلوريد الهيدروجين الناتج إلى الفلور ومركبات الفلوروكربون ومواد فلوريد مختلفة، علما أنه اعتبارًا من أواخر التسعينيات تم تعدين 5 مليارات كيلوغرام سنويًا.

 

  • إن مراكز (Ca2 +) ثمانية إحداثيات، تتمحور في مكعب من ثمانية مراكز (F−) ويتم تنسيق كل مركز (F−) إلى أربعة مراكز (Ca2 +) على شكل رباعي السطوح، وعلى الرغم من أن العينات البلورية المعبأة تمامًا عديمة اللون إلا أن المعدن غالبًا ما يكون ملونًا بعمق بسبب وجود مراكز (F).

 

  • لقد تم العثور على نفس التركيب البلوري في العديد من المركبات الأيونية مع الصيغة (AB2) مثل (CeO2) و (ZrO2) المكعب و (UO2) و (ThO2) و (PuO2) وفي البنية المضادة المقابلة والتي تسمى التركيب المضاد للفلوريت يتم تبديل الأنيونات والكاتيونات مثل (Be2C).

 

  • إن فلوريد الكالسيوم (CaF2) موجود في الطبيعة مثل الفلوريت المعدني، ويُظهر الفلوريت (TL) قويًا ناتجًا عن الإشعاع وبعد معالجة خاصة يمكن استخدامه بشكل مرضٍ لأغراض قياس جرعات الإشعاع، وقد حدث أول استخدام تم الإبلاغ عنه لـ “التلألؤ الإشعاعي” لفلوريد الكالسيوم الطبيعي في عام 1903 ميلادي.

 

  • إن مواد فلوريد الكالسيوم الاصطناعية متاحة تجارياً، حيث يتم تنشيط أحد هذه الفوسفورات مع المنغنيز ويظهر فقط ذروة توهج واحدة تقع عند 260 درجة مئوية، وفي بعض الحالات أظهر تلألؤًا زائفًا لكن التقنيات المناسبة وبعض أجهزة قياس الجرعات المبتكرة قللت من أهمية هذا التأثير الزائف.

 

  • فلوريد الكالسيوم يمتلك كثافة مقدارها 3.18 جم لكل سم مكعب ورقم ذري فعال (Zeff) يبلغ 16.3، علما أن كفاءة المادة بالنسبة إلى (LiF) (عند طاقات 60 درجة مئوية) هي 10 واستجابة الطاقة عند 30 كيلو فولت نسبيًا 60 درجة مئوية هي 13، ويمكن استخدام مقياس الجرعات لقياس مدى التعرض من 100 ميكرومتر إلى 300000 ر، وقد تم الإبلاغ عن الحساسية الحرارية للنيوترونات للفوسفور من قبل العديد من الباحثين، بالنسبة للفلور الحراري النيوتروني القياسي البالغ 1010 ن / سم 2، يتراوح التعرض المكافئ لأشعة غاما من 0.1 إلى 0.6 ر.

 

  • كما هو الحال مع مادة كبريتات الكالسيوم فإن مواد فلوريد الكالسيوم حساسة للغاية للضوء ويتم تحذير المستخدمين بشأن مناولة المواد واستخدامها وتخزينها.

 

استخدامات فلوريد الكالسيوم

 

  • يستخدم مركب فلوريد الكالسيوم كمكون بصري بسبب ثباته الكيميائي في ظل الظروف المعاكسة، لا يؤدي التعرض للرطوبة النسبية بنسبة 100٪ في درجة حرارة الغرفة إلى ظهور ضباب على الأسطح المصقولة حتى بعد شهر واحد، وفي ظروف العمل العادية لن تتحلل الأسطح المصقولة.

 

  • بالنسبة لدرجات الحرارة التي تتجاوز 600 درجة مئوية فإن أسطح فلوريد الكالسيوم سوف تتحلل في وجود الرطوبة، وفي البيئات الجافة يمكن استخدام فلوريد الكالسيوم حتى 1000 درجة مئوية ولا يبدأ في التليين عند 800 درجة مئوية، وفلوريد الكالسيوم خامل للمواد الكيميائية العضوية والعديد من الأحماض بما في ذلك (HF) سوف يذوب ببطء في حمض النيتريك.

 

  • يعتبر الفلورايد (CaF2) مهمًا لإنتاج حمض الهيدروفلوريك والذي يتكون من (CaF2) بفعل حمض الكبريتيك، كما ويستخدم فلوريد الكالسيوم في الأدوات المختبرية كمواد نافذة لكل من الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.

 

  • يعتبر فلوريد الكالسيوم المخدر بالديسبروسيوم أحد أكثر مواد (TL) المستخدمة اليوم، إذ تحتوي هذه المادة على منحنى توهج معقد يتكون من ستة قمم، كما ويسرد المصدر التجاري لهذه المادة في الولايات المتحدة 180 درجة مئوية كدرجة حرارة التوهج الرئيسي، كما هو الحال مع المادة المخدرة بالمنغنيز تبلغ كثافة هذا الفوسفور 3.18 جم / سم 3 ونسبة Z الفعالة تبلغ 16.3، وكفاءة الفوسفور بالنسبة إلى (LiF) عند طاقات (60Co) هي 30 ونسبة الاستجابة (30 keV إلى 60Co طاقات) هي ∼12.5.

 

  • تكون المادة قابلة للاستخدام على مدى التعرض من 10 ميكرومتر إلى 1000000 R وتم الإبلاغ عن الخبو بنسبة 10٪ خلال أول 24 ساعة و 16٪ (إجمالي) في أول أسبوعين، وعادةً ما يؤدي التلدين بعد التشعيع والتقييم المسبق عند 100 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة إلى استقرار المادة وإزالة المزيد من الخبو، ومع ذلك فإنه يجب مراعاة الخبو عند استخدام مقياس الجرعات في تطبيقات المراقبة البيئية طويلة الأجل.

 

  • يستخدم فلوريد الكالسيوم في التطبيقات التالية: تصنيع بطانة الفرامل: مادة مضافة لتيل الفرامل عالية الأداء، بطانة المكابح المضافة لنطاق درجات الحرارة المرتفعة: حيث يضمن فلوريد الكالسيوم الصناعي جودة عالية بشكل موحد من خلال الاختيار الأكثر دقة للمواد الخام وتحمل التصنيع الصغير للغاية، ويمكن تطوير حلول مخصصة لرغبات العملاء الفردية وملفات تعريف المتطلبات المحددة.

 

  • في نفس الوقت فلوريد الكالسيوم الصناعي يزيد من الخصائص المريحة للبطانة الاحتكاكية في منطقة درجات الحرارة المرتفعة (430 إلى 820 درجة مئوية)، ويتم تقليل تآكل تيل الفرامل الناتج عن التآكل اللاصق إلى حد كبير وزيادة استقرار نظام الكبح بشكل ملحوظ.

 

  • كما ويضمن فلوريد الكالسيوم الصناعي أن مواد الاحتكاك تتمتع باستقرار حراري مرتفع للغاية، وهذه الخاصية مهمة بشكل خاص عند الكبح في الكتل الكبيرة والسرعات العالية، على سبيل المثال القطارات عالية السرعة أو أثناء هبوط الطائرات.

 

  • يتحسن فلوريد الكالسيوم الاصطناعي اعتمادًا على التركيب الحراري للتوصيل ويقلل من تكوين النقاط الساخنة وبالتالي إطالة عمر مادة الفرامل، كما وأن فلوريد الكالسيوم الصناعي متوافق بيئيًا – على سبيل المثال بسبب محتواه الضئيل من المعادن الثقيلة مقارنة بمعادن الفلورسبار الطبيعية، كما ويضمن فلوريد الكالسيوم الاصطناعي مزيدًا من المتعة أثناء القيادة – من خلال تقليل ملحوظ في الضوضاء من خلال الكبح بدون صرير.

المصدر
1. INORGANIC CHEMISTRYCATHERINE E. HOUSECROFT AND ALAN G. SHARPE, FOURTH EDITION.2. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity Subsequent Edition by James E. Huheey (Author), Ellen A. Keiter (Author), Richard L. Keiter (Author).3. ‘Inorganic Chemistry’ by Catherine .E. Housecroft and Alan.G. Sharpe Pearson, 5th ed. 20184. ‘Basic Inorganic Chemistry’ ‘Inorganic Chemistry’, by Miessler, Fischer, and Tarr, 5th Edition, Pearson, 2014.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى