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フッ化水素(—かすいそ、弗化水素、hydrogen fluoride)とは、水素とフッ素とからなる無機化合物で、分子式が HF と表される無色の気体または液体。水溶液はフッ化水素酸 (hydrofluoric acid) と呼ばれる。フッ酸とも呼称される。毒物。

◆ 製法

フッ化水素は、蛍石(フッ化カルシウム CaF₂ を主とする鉱石)と濃硫酸とを混合して加熱することで発生させる。

水にフッ素を反応させると、激しく反応してフッ化水素と酸素が生じる(この反応様式は、塩素や臭素と異なる)。

◆ 性質

◇ 分子の性質

常温で気体または液体。塩化水素などの他のハロゲン化水素の場合に比べて性質が異なる点がある。まず、フッ素−水素の結合エネルギーが大きいために電離し難く希薄水溶液においては弱酸として振舞う。これはフッ化物イオンのイオン半径が小さいため、水素イオンとの静電気力が強いことによるとも解釈される。また、水素結合により分子間に強い相互作用を持つことから、分子量の割りに沸点が高くなっている。また、フッ素の電気陰性度があまりに大きいために、フッ化水素同士で二量体を生成する。

◇ 溶媒としての性質

液体フッ化水素は水などと同様に自己解離が存在し、0℃のイオン積は以下の通りであるシャロー 『溶液内の化学反応と平衡』 藤永太一郎、佐藤昌憲訳、丸善、1975年。

:$\backslash rm\; 2HF\; \backslash \; \backslash overrightarrow\backslash longleftarrow\; \backslash \; H\_2F^+\; +\; F^-$

:

フッ化水素の水溶液(フッ化水素酸)は濃度により酸性度は著しく変化し、純粋なフッ化水素ではハメットの酸度関数はH₀=−11.03を示し、純硫酸に近い強酸性媒体であるR.A.Cox, K.Yates, Can. J. Chem.,61, 2225(1983)。さらに純フッ化水素に1mol%の五フッ化アンチモンを加えたものはH₀=−20.5という超酸としての性質が現れる。

0℃における比誘電率は83.6と、水の87.74(0℃)に近く、イオン解離に有利な溶媒としての性質を持つが、強い酸性度のためフッ化水素中で強酸としてはたらく物質は少なく、水、アルコールなど多くの分子がプロトン化を受け強塩基として振る舞う。

◇ ガラスとの反応

またフッ化物イオンの高い求核性によるケイ素原子との強い結合形成と、ケイ酸骨格へのプロトン化の相互作用により、ガラス等に含まれるケイ酸 SiO₂

と反応して、ヘキサフルオロケイ酸 (H₂SiF₆·nH₂O) を生じ、これらを腐食させる。この反応は、半導体の製造プロセスにおいて重要である。

ちなみに、気体のフッ化水素は、ガラス等に含まれるケイ酸 SiO₂と反応し

$\backslash rm\; SiO\_2\; +\; 4HF\; \backslash longrightarrow\; SiF\_4\; +\; 2H\_2O$ となる。

その他、ほとんど全ての無機酸化物を腐食する。そのため、容器としてポリエチレンやテフロンのボトルが使用される。

◆ 工業的生産量

フッ化水素酸(濃度50%換算値)の2008年度日本国内生産量は 132,244 t、消費量は 108,150 t である[外部リンク] 化学工業統計月報 - 経済産業省。

◆毒性

ヒトの経口最小致死量 = 1.5 g、または 20 mg/kg(体重あたり)。スプーン一杯の誤飲(9%溶液)で死亡の事例もある[外部リンク] (財)日本中毒情報センター:フッ化水素含有物。

皮膚に接触すると、体内に容易に浸透する。フッ化水素は体内のカルシウムイオンと結合してフッ化カルシウムを生じる反応を起こすので、骨を侵す。濃度の薄いフッ化水素酸が付着すると、数時間後にうずくような痛みに襲われる。生じたフッ化カルシウム結晶の刺激によるものである。また、浴びた量が多いと死に至る。これは血液中のカルシウムイオンがフッ化水素によって急速に消費されるために、血中カルシウム濃度が低下し、しばしば重篤な低カルシウム血症を引き起こすためである[外部リンク] フッ化水素酸中毒の症例。

なお、歯科治療にては、人工歯(義歯)の製造工程にフッ化水素が使われる一方で、虫歯予防にフッ化ナトリウム (NaF) が使われることがあり、注意が必要である。実際に、両者のとり違いによる死亡事故が報告されている昭和57年(1982年)4月22日 読売新聞記事 東京地方裁判所八王子支部昭和58年2月24日判決 [外部リンク] 日医総研ワーキングペーパー No.93 日医総研 平成16年1月20日に関連情報あり。皮膚に接触した場合の応急処置としては、直ちに流水洗浄し、グルコン酸カルシウムを患部に塗布する。

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