Fluoreto de cálcio (CaF2): estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o fluoreto de cálcio É um sólido inorgânico formado por um átomo de cálcio (Ca) e dois átomos de flúor (F). Sua fórmula química é CaF₂e é um sólido branco-acinzentado cristalino.

Na natureza, é encontrado no mineral fluorita ou fluorita. Existe naturalmente nos ossos e dentes. O mineral fluorita é a principal fonte de obtenção de outros compostos de flúor.

Além disso, o CaF₂ É utilizado na prevenção da cárie dentária, por isso é adicionado a materiais usados pelos dentistas para curá-los. Na verdade, o fluoreto de cálcio também é adicionado à água potável (água potável) para que a população se beneficie ao beber e escovar os dentes.

O CaF₂ É usado na forma de grandes cristais em equipamentos ópticos e câmeras. Ele também é usado em pequenos dispositivos usados para detectar o quanto uma pessoa foi exposta à radioatividade.

Estrutura

Fluoreto de cálcio CaF₂ é um composto iônico formado por um cátion cálcio Ca²⁺ e dois ânions de flúor F^–. Porém, algumas fontes de informação indicam que seus links possuem um certo caráter covalente.

Nomenclatura

Fluoreto de cálcio

Propriedades

Estado físico

Sólido incolor a branco acinzentado com estrutura cristalina cúbica.

Peso molecular

78,07 g / mol

Ponto de fusão

1418 ºC

Ponto de ebulição

2533 ºC

Densidade

3,18 g / cm³ a 20 ° C.

Índice de refração

1,4328

Solubilidade

É insolúvel em água a 20 ° C. Quase insolúvel a 25 ° C: 0,002 g / 100 mL de água. Ligeiramente solúvel em ácidos.

Propriedades quimicas

Suas propriedades oxidantes ou redutoras são muito fracas, entretanto, essas reações podem ocorrer. Embora, em geral, em muito poucos casos.

É inerte a produtos químicos orgânicos e a muitos ácidos, incluindo o ácido fluorídrico HF. Dissolve-se lentamente em ácido nítrico HNO₃.

Não é inflamável. Não reage rapidamente com ar ou água.

Devido à sua baixa afinidade pela água, mesmo que seja exposta a um alto percentual de umidade, não a afeta mesmo por até um mês em temperatura ambiente normal.

Na presença de umidade, as paredes de seus cristais se dissolvem lentamente em temperaturas acima de 600 ° C. Em ambientes secos, pode ser usado até cerca de 1000 ° C sem ser afetado de forma apreciável.

Presença na natureza

Fluoreto de cálcio CaF₂ É encontrado naturalmente no mineral fluorita ou fluorita.

Embora o CaF₂ puro é incolor o mineral fluorita, muitas vezes é colorido pela presença de elétrons aprisionados nos "buracos" da estrutura cristalina.

Este mineral é altamente valorizado por seu brilho vítreo e variedade de cores (roxo, azul, verde, amarelo, incolor, marrom, rosa, preto e laranja avermelhado). Diz-se que é "o mineral mais colorido do mundo".

O fluoreto de cálcio também é encontrado nos ossos em quantidades entre 0,2 e 0,65%, e também no esmalte dos dentes em 0,33-0,59%.

Formulários

- Na obtenção de compostos de flúor

O mineral fluorita CaF₂ é a fonte básica ou majoritária de flúor em todo o mundo. É a matéria-prima para a preparação de quase todos os compostos de flúor.

O mais importante deles é o ácido fluorídrico HF, a partir do qual os outros compostos fluorados são preparados. O íon fluoreto F^– É liberado do mineral por reação com ácido sulfúrico concentrado H₂SW₄:

CaF₂ (sólido) + H₂SW₄ (líquido) → CaSO₄ (sólido) + 2 HF (gás)

- No cuidado dos dentes

Fluoreto de cálcio CaF₂ é um agente para a prevenção de cáries. É usado para fluoretar a água potável (água que pode ser bebida) para esse fim.

Além disso, as baixas concentrações de fluoreto F^– (na ordem de 0,1 partes por milhão) usados em cremes dentais e enxaguatórios bucais demonstraram ter um efeito positivo profundo no cuidado dentário preventivo de cáries.

Nanopartículas de CaF₂ mais efetivo

Embora os fluoretos sejam usados em cremes dentais e enxaguatórios bucais, a baixa concentração de cálcio (Ca) na saliva significa que os depósitos de CaF não se formam.₂ nos dentes da maneira mais eficaz possível.

É por isso que uma maneira de obter pó de CaF foi concebida₂ como nanopartículas.

Para isso, um secador de spray é usado (do inglês spray secador) onde duas soluções (uma de hidróxido de cálcio Ca (OH)₂ e um de fluoreto de amônio NH₄F) são misturados enquanto são pulverizados em uma câmara com fluxo de ar quente.

Em seguida, ocorre a seguinte reação:

Ca (OH)₂ + NH₄F → CaF₂ (sólido) + NH₄Oh

NH₄OH volatiliza como NH₃ e H₂Ou e as nanopartículas de CaF permanecem₂.

Possuem alta reatividade e maior solubilidade, o que os torna mais eficazes para remineralizar dentes e como anticárie.

- Em lentes para equipamentos ópticos

O fluoreto de cálcio é usado para construir elementos ópticos, como prismas e janelas de espectrofotômetros de infravermelho e ultravioleta (UV).

Esses dispositivos nos permitem medir a quantidade de luz absorvida por um material ao passar por ele.

O CaF₂ É transparente nessas regiões do espectro de luz, tem um índice de refração extremamente baixo e permite uma resolução mais eficiente do que o NaCl na faixa de 1500-4000 cm.^–¹.

Graças à sua estabilidade química, pode suportar condições adversas, razão pela qual os elementos ópticos CaF₂ eles não são atacados. Ele também tem uma alta dureza.

Nas câmeras

Alguns fabricantes de câmeras fotográficas usam lentes CaF₂ cristalizado artificialmente para reduzir a dispersão de luz e obter excelente correção de distorção de cor.

- Na indústria metalúrgica

O CaF₂ É utilizado como fundente na indústria metalúrgica, pois é fonte de cálcio insolúvel em água e, portanto, eficaz em aplicações sensíveis ao oxigênio.

É usado para fundir e processar ferro e aço na forma líquida. Isso se baseia no fato de ter um ponto de fusão semelhante ao do ferro e também de dissolver óxidos e metais.

- Em detectores de radioatividade ou radiação perigosa

O CaF₂ é um material termoluminescente. Isso significa que ele pode absorver radiação nos elétrons de sua estrutura cristalina e, posteriormente, quando aquecido, liberá-la na forma de luz.

Essa luz emitida pode ser medida por um sinal elétrico. Este sinal é proporcional à quantidade de radiação que o material recebeu. Isso significa que quanto maior a quantidade de radiação recebida, maior a quantidade de luz que emitirá após ser aquecida.

Portanto, o CaF₂ É usado nos chamados dosímetros pessoais, que são usados por pessoas que estão expostas a radiações perigosas e querem saber quanta radiação receberam em um determinado período de tempo.

- Outros usos

- É utilizado como catalisador em reações químicas de desidratação e desidrogenação para a síntese de compostos orgânicos.

- É utilizado em eletrodos de soldagem alcalinos. Uma solda mais forte é obtida do que com eletrodos ácidos. Esses eletrodos são úteis na fabricação de navios e vasos de aço de alta pressão.

- Como suplemento dietético em quantidades extremamente baixas (ppm ou partes por milhão).

Referências

Pirmoradian, M. e Hooshmand, T. (2019). Remineralização e capacidades antibacterianas de nanocompósitos dentais à base de resina. Síntese e caracterização de fluoreto de cálcio (CaF₂) Em Aplicações de Materiais Nanocompósitos em Odontologia. Recuperado de sciencedirect.com.
NOS. Biblioteca Nacional de Medicina. (2019). Fluoreto de cálcio. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
Weman, K. (2012). Soldagem a arco manual de metal (MMA) com eletrodos revestidos. In Welding Processes Handbook (Segunda Edição). Recuperado de sciencedirect.com.
Hanning, M. e Hanning, C. (2013). Nanobiomateriais em Odontologia Preventiva. Fluoreto de cálcio nanométrico. In Nanobiomaterials in Clinical Dentistry. Recuperado de sciencedirect.com.
Ropp, R.C. (2013). Grupo 17 (H, F, Cl, Br, I) Compostos Alcalinos Terrestres. Fluoreto de cálcio. Em Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Recuperado de sciencedirect.com.
Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
Valkovic, V. (2000). Medições de radioatividade. Em Radioatividade no Meio Ambiente. Detectores termoluminescentes (TLDs). Recuperado de sciencedirect.com.