氟化氢

氟[fú]化氢（hydrogen fluride）为共价化合物，分子间有氢键，是无色有刺激气味的气体，易溶于水、乙醇，微溶于乙醚，熔点为-83.3℃，沸点为19.4℃。氟化氢稳定性强，是易燃物，能与金属、碱、氧化物和非金属单质反应，生成相应的氟化物。氟化氢具有腐蚀性和毒性，若吸入、食入和接触会引发中毒并危害健康。

1768年，德国化学家马格拉夫（Marggraf）在研究萤石的时候发现了氢氟酸（后证实为氟化氢的水溶液）。直到1819年仍然无法分离出无水氢氟酸，只是阐明了氢氟酸与玻璃的反应原理。1810年，法国物理学化学家安培，根据对氢氟酸性质的研究指出，其中可能含有一种与氯元素相似的元素，并建议把它命名为“Fluor”。词源来自于拉丁文、法文，原意为“流动”，最后，因为氟元素来自于萤石，于是将其命名为“Fluorine”。1886年6月，法国化学家莫瓦桑（Moissan）蒸馏氟氢酸钾以制取无水氟化氢，在铂金制的U形管中用铂铱[yī]合金做电极，用萤石制的螺旋冒盖紧管口，整个容器浸在-23°C的冷冻液中进行电解，制取到单质氟。美国在1931年开始生产无水氟化氢，中国于1959年开始工业化生产。氢氟酸最初只用于玻璃蚀刻和抛光。到20世纪30年代由于炼铝工业的发展，对氟化铝、冰晶石的用量增加而促进了氢氟酸的发展。到20世纪40年代初期，无水氟化氢在氟里昂以及烷基化催化剂、铀[yóu]加工中应用以后，需要量才大大增加，生产发展很快；到70年代中期，世界氢氟酸总生产能力已达1Mt。70年代后期由于环境保护限制和化学工程的发展，降低了氟化物的消耗，使无水氟化氢和氢氟酸发展缓慢，至今生产能力仍维持在70年代中期水平。

氟化氢是无色有刺激气味的气体，易溶于水、乙醇，微溶于乙醚，在水中的溶解度在所有卤化氢中最大。熔点为-83.3℃，沸点为19.4℃，由于有氢键存在，氟化氢的熔沸点不符合一般规律，其沸点大于氯化氢和溴化氢，小于碘化氢，熔点大于氯化氢、溴化氢和碘化氢。相对蒸汽密度（空气=1）为0.7，饱和蒸气压为53.33kPa（2.5℃），临界温度为188℃，临界压力为6.48MPa。

氟化氢是一种无机弱酸，有毒性和腐蚀性，但稳定性强，是易燃物。氟化氢溶液（氢氟酸）能与金属、碱、氧化物和非金属单质反应生成相应的氟化物。

氟化氢为无机弱酸，pKa=3.19，在水中的酸性随着浓度的增加逐渐增强。在稀溶液中氟化氢分子微离解成离子：

在较浓的溶液中，氟化氢分子发生聚合作用而生成HF₂分子，它离解为：

氟化氢与活泼金属反应，产生氢气，并生成相应的氟化物。

氟化氢与碱反应，生成水和相应的氟化物或氟的配合酸盐。

氟化氢与二氧化硅反应，生成四氟化硅，四氟化硅易挥发，并继续与氟化氢反应。

氟化氢与硅单质反应，生成氢气和四氟化硅。

氟化氢可以用于有机或无机氟化物的制造。

在化工领域中，氟化氢的主要用途是制造无机氟化合物，其中氟化铝和冰晶石用量最大。氟化氢还可用于制造氟化钠、氟化氢钠、三氟化硼、氟化亚锡、六氟化轴等。在铀加工中，每吨U₂O₈约需0.43t氢氟酸。

无水氟化氢的还可以用来生产有机氯氟烃，工业上广泛应用氟置换卤代烃中的氯制取氯氟烃，其中最重要的是甲烷和乙烷的卤代物。如一氟三氯甲烷、二氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、三氟三氯乙烷、四氟二氯乙烷、五氟一氯乙烷。这些产品均可用于致冷剂，气雾剂，工业上还用作金属机件清洗剂和聚氨酯[zhǐ]、聚苯乙烯、聚乙烯等泡沫塑料的发泡剂以及有机氟聚合物聚四氟乙烯等的原料。长链的碳氟化物还可生产表面活性剂，用于制造纺织品和皮革的防污剂。氟化氢可以用于制作氟利昂致冷剂。

氟化氢溶于水后形成的氟氢酸，有很多用途。氟氢酸可以浸蚀玻璃，玻璃刻蚀、抛光和磨砂处理。氟氢酸可用来清洗不锈钢。氟氢酸可以用于半导体（锗、硅）的制造。在炼油生产中的催化裂化环节使用氟氢酸作为催化剂。氟氢酸可用于提纯石墨精矿。氟氢酸还可用于地质试样分解。

用浓硫酸与萤石（主要成分为CaF₂）反应得氟化氢气体：

将萤石粉碎，在铁制转窑中加入硫酸，进行加热反应，生成氟化氢。

先将四氟化硅气体与循环的氟化铵溶液反应，生成氟硅酸铵。然后再次用氨中和，生成二氧化硅沉淀和氟化铵[ǎn]，过滤除去沉淀的二氧化硅，得到氟化铵溶液。除留足循环用量外，多余部分在140℃~150℃浓缩，然后在170℃~180℃用硫酸分解得无水氟化氢。

将磷酸副产的20%氟硅酸溶液与氢氧化钙于70℃~75℃进行中和反应，生成氟化钙：

产物经过滤、造粒后送入转窑，通入蒸汽加热至1050℃，发生下述反应生成氟化氢：

将磷肥厂洗涤废气得到的氟硅酸浓缩并气化为HF-SiF₄-H₂O混合物，然后用多元醇有机溶剂选择吸收氟化氢，经真空蒸发从溶剂中解吸氟化氢后，液化、再经两级精馏提纯得无水氟化氢。

四氟化硅用氢或泾火焰在1100℃以上水解可得二氧化硅和氟化氢。气体中约有70%~85%（以元素氟计）转化为氟化氢，用稀的氢氟酸吸收，经浓硫酸脱水可得无水氟化氢。

工业上也可以用磷石灰和氟磷石灰来制备氟化氢。在其湿法分解过程中的副产氟化氢。

氟化氢是由氢原子的H(1s)电子和氟原子的F(2p_x)电子构成的，所以氟化氢电子排布为：

氟化氢的结构式是H—F，分子中氟原子除了以一个价电子构成共价键外，还有三对孤对价电子。氟有很大的电负性，在H一F分子中成键电子对的电子云强烈地偏向于氟原子的一方。由于氟原子半径很小(64pm)，因而氟原子球体表面上的负电荷密度相当大。氢原子只有一个核外电子，在氟化氢分子中已跟氟原子构成了强烈偏向氟原子一方的共用电子对。这样一来，氢原子就成为几乎裸露的质子。这种既没有内层电子、又由于体积很小因而具有很高正电荷密度的几乎裸露的质子，对其邻近的电子云只有强烈的吸引作用，而不会有排斥作用。当两个氟化氢分子相互接近到一定的距离时，一个分子的几乎裸露的质子就对另一个分子中负电荷密度很大的氟原子产生了明显的吸引作用，使得几乎裸露的质子渗入到氟原子的孤对价电子云中去，这样形成的吸引力称为氢键。两个氟化氢分子间的氢键可以表示成：F—H···F一H。键的对面以孤对电子跟几乎裸露的质子相吸引的，即F—H···F中F一H键的键轴方向尽可能地与氟原子的孤对电子方向一致，F—H···F三个原子在一条直线上成180°角，使F—H成键的共用电子对跟氟原子形成氢键的孤对价电子两者之间能有最小的排斥力，以有利于体系的稳定。如下图表示氢键形成的方向。

氟化氢分子间由于氢键的存在发生缔合，固态分子呈链状结构，气态中有HF、(HF)₂、（HF)₃、(HF)₆等缔合状态，使其熔点、沸点反常（比同族其他卤素氢化物都高）。当温度高于90℃时，只有单分子HF存在。

氟化氢具有毒性，吸入后会对人体产生不利影响，可能会引起中毒。人在氟化氢400～430mg/m3浓度下，可引起急性中毒致死；100mg/m浓度下，能耐受1分多钟；50mg/m下感皮肤刺痛、粘膜刺激; 26mg/m下能耐受数分钟。

急性中毒：接触高浓度氟化氢，可引起眼及呼吸道黏膜刺激症状，严重者可发生支气管炎、肺炎，甚至产生反射性窒息。慢性中毒：引起鼻、咽、喉慢性炎症，严重者可有鼻中膈穿孔。对骨骼有损害，可引起氟骨病。氟化氢能穿透皮肤向深层渗透，形成坏死和溃疡且不易治愈。

氟化氢是易燃物，接触火源或静电会起火或爆炸。应储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不超过30℃，相对湿度不超过80%。应与易（可）燃物、食用化学品分开存放，切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。

皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用氯化钙溶液和大量流动清水冲洗20~30min，然后及时就医。眼腈[jīng]接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗10～15min，然后及时就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。呼吸、心跳停止，立即进行心肺复苏术。然后及时就医。食入：用水漱口，禁止催吐。给饮牛奶或蛋清。可口服乳酸钙、葡萄糖酸钙或0.15%石灰水。然后及时就医。起火：用雾状水、泡沫灭火。消防人员必须佩戴空气呼吸器、穿全身防火防毒服，在上风向灭火。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。泄露：根据液体流动和蒸气扩散的影响区域划定警戒区，无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器，穿防腐蚀、防毒服，戴橡胶耐酸碱手套。禁止接触或跨越泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止气体通过下水道、通风系统和限制性空间扩散。若可能翻转容器，使之逸出气体而非液体。喷雾状水稀释、溶解。高浓度泄漏区，喷氨水或其他稀碱液中和。用砂土、惰性物质或蛭石吸收大量液体。用石灰(CaO)、碎石灰石(CaCO₃)）或碳酸氢钠(NaHCO₃)中和。隔离泄漏区直至气体散尽。