フッ化水素

フッ化水素（HF）

フッ化水素は水素とフッ素を元に生成される無機化合物で、分子式はHFです。この物質は無色で、気体または液体の形態で存在します。水に溶けるとフッ化水素酸という強酸を形成し、その特性から医薬用外毒物に指定されています。

製法

フッ化水素は、蛍石（主成分はフッ化カルシウム）を濃硫酸と組み合わせて加熱することで生成されます。具体的には次の反応によって生じます：

$$ CaF_2 + H_2SO_4
ightarrow 2HF + CaSO_4 $$

また、水にフッ素と反応させるとフッ化水素と酸素が生成されます。

$$ 2H_2O + 2F_2
ightarrow 4HF + O_2 $$

特徴

フッ化水素は融点が-84℃、沸点が19.54℃で、常温では気体または液体の状態です。フッ化水素は他のハロゲン化水素と比べ、電離しにくい性質を持ちます。フッ化物イオンが小さく、水素イオンとの結合力が強いため、希薄溶液での酸性度は高くなります。さらに、フッ素の電気陰性度が非常に高いため、HF分子同士は二量体やそれ以上の多量体を形成しやすいです。80℃以上では単量体が主に存在します。

溶媒としての性質

液体フッ化水素は多くの物質を溶解する能力があり、自己解離が見られます。ただし、フッ素の高い陰性によってフッ化物イオンがHFと結合しやすく、溶媒和も促進されます。フッ化水素のイオン積は次のようになります：

$$ 3HF
ightleftharpoons H_2F^+ + HF_2^- $$

そのため、その水溶液は高い酸性度を示し、ハメットの酸度関数はH0 = -11.03であり、純硫酸に近い強さを持ちます。

反応性

フッ化水素はケイ酸やガラスと急速に反応し、ヘキサフルオロケイ酸を生成します。この性質は半導体製造において特に重要です：

$$ SiO_2 + 6HF
ightarrow H_2SiF_6 + 2H_2O $$

また、気体のフッ化水素も同様にSiO2と反応して四フッ化ケイ素を生成します。

$$ SiO_2 + 4HF
ightarrow SiF_4 + 2H_2O $$

さらに、フッ化水素は多くの無機酸化物を腐食するため、収納容器には特別な素材（ポリエチレンやテフロン）が使用されることが一般的です。

用途

フッ化水素はフッ化物やフロン、フッ素樹脂の原料として利用される一方、ガラスの加工や金属洗浄といった多岐にわたる用途があります。また、電気分解により単体のフッ素を得ることも可能です。加えて、ウラン濃縮や神経ガスの製造にも利用されることから、その管理が厳重に行われています。

日本におけるフッ化水素酸の生産は、2013年度時点で約64,841トンに達し、主要な生産国としては日本が80%を占めています。生産されたフッ化水素の多くは通常の工業用途に使われますが、半導体製造などの超高純度品も生産されています。

毒性

フッ化水素は非常に毒性が高く、経口摂取や吸引、皮膚接触によって深刻な健康被害を引き起こすことがあります。特に皮膚に接触するとカルシウムイオンと反応してフッ化カルシウムを生成し、これが骨を侵すといった危険性があります。誤飲や吸引による事故も報告されており、極めて慎重な取り扱いが必要です。

輸出管理

フッ化水素はその製造過程における毒性から、特別な管理が求められます。日本では、外為法に基づき、特に使用用途を制限し、輸出には許可が必要です。

事故や災害

過去にはフッ化水素の漏出による事故がいくつか発生しています。特に1982年に東京都八王子市で起きた誤用による致死事故は、その危険性を際立たせました。また、2012年には韓国での工場からの漏出事故が、作業員や周辺住民に健康被害を及ぼしました。これらの事例はフッ化水素の扱いに対する注意喚起を促すものとなっています。

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