Calciumfluorid

Kristallstruktur
Struktur von Calciumfluorid
Vorlage:Farbe Ca2+ 0 Vorlage:Farbe F−
Kristallsystem	kubisch flächenzentriert (fcc)
Raumgruppe	Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225<ref name="StrunzNickel"></ref>
Gitterparameter	a = 5,463 Å<ref name="StrunzNickel" />
Koordinationszahlen	Ca[8], F[4]
Allgemeines
Name	Calciumfluorid
Andere Namen	Fluorit Flussspat Kalziumfluorid Vorlage:INCI
Verhältnisformel	CaF2
Kurzbeschreibung	weißer, geruchloser Feststoff<ref name="GESTIS" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 232-188-7 ECHA-InfoCard 100.029.262 PubChem 24617 ChemSpider 23019 DrugBank DB15962 Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	78,08 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	3,18 g·cm−3<ref name="Merck">Korth Kristalle: Calciumfluorid (Memento vom 21. Dezember 2015 im Internet Archive), abgerufen am 9. Dezember 2015.</ref>
Schmelzpunkt	1423 °C<ref>H. Kojima, S. G. Whiteway, C. R. Masson: Melting points of inorganic fluorides. In: Canadian Journal of Chemistry. 46 (18), 1968, S. 2968–2971, doi:10.1139/v68-494.</ref>
Siedepunkt	2500 °C<ref name="GESTIS" />
Löslichkeit	praktisch unlöslich in Wasser (15 mg·l−1 bei 18 °C)<ref name="GESTIS" />
Brechungsindex	1,4338<ref name="CRC90_10_245">David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Index of Refraction of Inorganic Crystals, S. 10-245.</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GESTIS" /> keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze<ref name="GESTIS" />
MAK	1 mg·m−3<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Toxikologische Daten	4250 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref name="GESTIS" />
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Calciumfluorid (auch Kalziumfluorid, eigentlich Calciumdifluorid) ist das Calciumsalz der Fluorwasserstoffsäure.

Eigenschaften

Calciumfluorid bildet farblose, in Wasser, Alkohol und verdünnten Säuren schwerlösliche Kristalle mit der weitverbreiteten Fluoritstruktur. Natürlich vorkommendes Calciumfluorid heißt Fluorit oder auch Flussspat und ist meist durch Verunreinigungen gelb, grün, blau, braun, beige oder violett gefärbt.

Für Ultraviolett- und Infrarotstrahlung besitzt es eine hohe Durchlässigkeit. Alkalilaugen greifen Calciumfluorid nicht an. Mit Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt auch unter Rotglut keine Reaktion.

Calciumfluorid ist ein Standardmineral der Mohsschen Härteskala (Härte 4).

Reaktionen

<math>\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4 \longrightarrow 2 \ HF \uparrow + CaSO_4}</math>

Calciumfluorid und Schwefelsäure setzen Fluorwasserstoff frei.

<math>\mathrm{Ca^{2+} + 2 \ F^- \longrightarrow CaF_2 \downarrow}</math>

Calcium-Kationen und Fluorid-Anionen bilden immer das schwerlösliche Calciumfluorid.

Vorkommen und Gewinnung

Datei:Fluorite-191782.jpg

violetter Fluorit

Fluorit wird in großen Mengen, mehrere Millionen Tonnen pro Jahr, im Tage- und Tiefbau bergmännisch gewonnen. Da es mit anderen Mineralien wie Baryt (auch Schwerspat, Bariumsulfat BaSO₄), Galenit (auch Bleiglanz, PbS) und Quarz (SiO₂) vergesellschaftet ist, muss das 30–60 % CaF₂ enthaltende Roherz vor einer industriellen Verwertung aufgearbeitet werden. Hierzu wird das geförderte Erz mechanisch zerkleinert und anschließend durch (mehrstufige) Flotation auf bis zu 98 % aufkonzentriert. Als Handelsform unterscheidet man

• Kristallspat mit mehr als 99 % CaF₂
• Säurespat mit mehr als 97 % CaF₂
• Keramikspat mit mehr als 95 % CaF₂
• Hüttenspat mit mehr als 85 % CaF₂
• Metallspat mit 75–82 % CaF₂

Reines Calciumfluorid gewinnt man durch Umsatz von Fluorwasserstoff oder Hexafluorokieselsäure mit Calciumcarbonat, da ausgefälltes Calciumfluorid in Abwesenheit von Calciumcarbonat gelatinöse Konsistenz hat und daher schwer zu reinigen ist.<ref>G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 233–4.</ref>

Verwendung

Calciumfluorid ist neben den Fluoriden aus der Phosphorsäureherstellung der wichtigste Rohstoff zur Fluorherstellung. Entsprechend den oben genannten Flussspatqualitäten wird Calciumfluorid für folgende Anwendungen verwendet:

• Kristallspat zum Schleifen von Linsen und optischen Gläsern
• Säurespat für die Herstellung von Fluorwasserstoff
• Keramikspat für die Herstellung von Glas und Email
• Hüttenspat als Flussmittel und Schlacke in der Metallurgie

Weitere Anwendungen:

• Katalysator für die Kalkstickstoffherstellung
• Wegen ihrer Durchlässigkeit für ultraviolettes und infrarotes Licht werden Einkristalle in der instrumentellen Analytik und bei der Herstellung von elektronischen Schaltkreisen als Linsen verwendet.
• Wegen seiner optischen Eigenschaften – es weist eine Abbe-Zahl von 96 und einen ungewöhnlichen Verlauf des Brechungsindex auf, ähnlich Glas anomaler Dispersion – werden manchmal Linsen in hochwertigen, apochromatischen Objektiven und Fernrohren aus einem Einkristall hergestellt.
• Aufgrund der gegenseitigen Kompensation der Änderung des Brechungsindex und der Wärmedehnung sind thermische Linsen nur schwach ausgeprägt. Aus diesem Grund wird Calciumfluorid als Fenster für Laserstrahlen mit hoher Leistungsdichte eingesetzt.

Vorsichtsmaßnahmen

Bei Kontakt mit starken Säuren wird Fluorwasserstoff freigesetzt. Dieser ist außerordentlich giftig und ätzend.

Nachweis

Ätzprobe: CaF₂ mit etwas konzentrierter Schwefelsäure in ein Reagenzglas geben. Die Benetzung der Glasoberfläche ändert sich, da Fluorwasserstoffsäure HF entsteht.

Ultradünne Schichten

Nanometerdünne kristalline CaF₂-Schichten werden als Barrieren in den Festkörperheterostrukturen, insbesondere in den Resonanztunneldioden (mit CdF₂ oder Si als Quantentopf) benutzt.<ref name="wat_rtd">M. Watanabe et al.: CaF₂/CdF₂ double-barrier Resonant Tunneling Diode with high room-temperature peak-to-valley ratio. In: Japanese Journal of Applied Physics. Band 39, 7B, 2000, S. L716, doi:10.1143/JJAP.39.L716. </ref> Ferner untersucht man die Möglichkeiten ihrer Verwendung als Gateisolator in den Feldeffekttransistoren<ref name="standard19">Ultradünne Isolatoren ebnen Weg zu weiterer Miniaturisierung bei Mikrochips. DerStandard, 28. Juli 2019, abgerufen am 27. Dezember 2023. </ref>, statt üblicher Materialien wie SiO₂ und high-k-Oxide.

Solche Schichten werden mittels der Molekularstrahlepitaxie auf dem Silizium gewachsen<ref name="wat_rtd"/><ref name="standard19"/>; gute Qualität wird dabei dank Ähnlichkeit der Gitterkonstanten von Si und CaF₂ gewährt.

Einzelnachweise

<references/>

Vorlage:Klappleiste/Anfang Calciumfluorid | Calciumchlorid | Calciumbromid | Calciumiodid Vorlage:Klappleiste/Ende Vorlage:Klappleiste/Anfang Berylliumfluorid | Magnesiumfluorid | Calciumfluorid | Strontiumfluorid | Bariumfluorid | Radiumfluorid Vorlage:Klappleiste/Ende