La chimica dell'acido fluoridrico

Vorrei sapere qualcosa sulle proprietà dell'acido fluoridrico (HF). Qual è il metodo migliore per essere certi che una soluzione acida contenga HF? Dopo aver accertato che l'acidità è dovuta al HF, attraverso quale tipo di analisi è possibile misurare la quantità di acido in soluzione?
Quali sostanze non reagiscono con HF? Come si comporta questo acido nei confronti dei metalli e in particolare nei confronti del rame e delle sue leghe (bronzo, ottone)?
Nel caso non possiate rispondere alla mia domanda, potreste mandarmi qualche riferimento bibliografico e/o qualche link a risorse su web?
Roberto Guida
12 luglio 2002
L'acido fluoridrico è un acido minerale dal comportamento chimico piuttosto peculiare, a causa della forte polarizzabilità dello ione fluoruro (F-) in cui si dissocia all'equilibrio in acqua.

Le tecniche analitiche che possono essere impiegate per determinare la presenza di HF in una soluzione sono svariate, e il nostro utente può trovare informazioni pratiche in qualsiasi buon libro di chimica analitica qualitativa classica [1] o strumentale [2]. Un metodo vecchio, ma semplice ed efficace per verificare la presenza di ioni fluoruro in soluzione, è il seguente: sotto cappa chimica, si ponga una piccola quantità di soluzione in un contenitore di teflon, e si aggiunga qualche goccia di acido solforico concentrato. Si prepari a parte un vetrino, sufficientemente lungo da poter essere poi appoggiato sopra il contenitore, ricoprendone una superficie con della cera e tracciando poi nella cera, senza graffiare il vetro, dei segni (delle lettere, per esempio). Si appoggi il vetrino sul contenitore in teflon con la parte incerata rivolta verso il basso e si riscaldi gentilmente il contenitore in teflon per una decina di minuti. Al termine dell'operazione si rimuova la cera dal vetro e si verifichi se sul vetrino appaiono o meno le lettere precedentemente scritte sulla cera. In caso positivo, la soluzione conteneva ioni fluoruro (cioè acido fluoridrico o suoi sali). Questo semplice, vecchio test di laboratorio si basa sulla peculiare proprietà dell'acido fluoridrico di sciogliere il vetro, caratteristica legata alla capacità degli ioni fluoruro di formare ioni molecolari stabili (SiF62-) con il silicio, costituente di base della stragrande maggioranza dei vetri di uso comune. A ragione di questa sua proprietà, le soluzioni contenenti HF non devono mai essere conservate in contenitori in vetro ma sempre in recipienti di materiali plastici speciali come il teflon.

L'analisi quantitativa dell'acido fluoridrico, assumendo che sia l'unica specie acida in soluzione, può essere semplicemente condotta titolando la soluzione con una soluzione alcalina a concentrazione nota, monitorando il viraggio con un pHmetro [3].

A dispetto (apparente) della sua capacità di sciogliere il vetro, l'acido fluoridrico, non essendo un acido ossidante, non corrode di per sé nessun metallo. Tuttavia, la capacità degli ioni fluoruro di legare a sé (complessare) i metalli fa sì che in presenza di HF molti metalli possano essere facilmente corrosi da altri ossidanti, come ad esempio l'ossigeno. Per ciò che attiene il rame: il rame non risente apprezzabilmente dei fenomeni di corrosione atmosferica o acquosa, e come tale è ampiamente impiegato per la realizzazione di tubazioni per acqua, o addirittura in ambiente marino per realizzare scambiatori di calore. La resistenza del rame alla corrosione è primariamente dovuta alla formazione di uno strato di ossido protettivo alla superficie del metallo, ossido che rallenta o inibisce del tutto l'ulteriore corrosione del metallo. Tuttavia, il rame può andare soggetto a rapida corrosione se posto impropriamente in contatto con altri metalli [4]. In presenza di HF (ma anche di acido cloridrico) l'ossido protettivo viene rimosso dagli ioni fluoruro, e ciò favorisce considerevolmente la corrosione del metallo. Per ciò che riguarda le leghe di rame, e per eventuali approfondimenti sulla materia, segnalo tre buoni siti internet a cui fare riferimento:

http://www.matweb.com
http://www.copper.org
http://www.corrosion-doctors.org

Come detto, l'HF non reagisce con le plastiche fluorurate come il teflon, e reagisce debolmente con altre plastiche di costo più contenuto come il polipropilene. L'acido fluoridrico non reagisce inoltre con i metalli nobili (oro, platino, palladio) e reagisce lentamente con l'allumina sinterizzata e con molti materiali vetroceramici, che possono essere dunque usati come contenitori per brevi periodi di tempo e se non ci sono richieste stringenti di purezza chimica per la soluzione fluoridrica. Se la richiesta dell'utente ha tuttavia un carattere operativo, è opportuno e necessario raccomandare fortemente che la scelta di un materiale per il contenimento di soluzioni a base di HF venga fatta da una persona qualificata dopo aver valutato con attenzione altri possibili fattori che potrebbero accelerare la corrosione del materiale, come impurezze metalliche, campi elettrici o temperature medio-alte. L'acido fluoridrico è una sostanza pericolosa per contatto, ingestione e inalazione, essendo in grado di arrecare danni spesso irreversibili al sistema nervoso periferico e alle ossa ed essendo un forte irritante per le mucose. Le ustioni da acido fluoridrico sono particolarmente dolorose e insidiose, e vanno medicate da personale medico specializzato con unguenti specifici. La dispersione di soluzioni di HF nell'ambiente, ovviamente vietata dalla legge, ha inoltre effetti di lungo periodo sulla fauna e sulle coltivazioni.

Riferimenti bibliografici
[1]C. Harvey Sorum, Joseph J. Lagowski, Introduction to Semimicro Qualitative Analysis, Prentice Hall; ISBN: 0134968948; (1991)
[2]Frank Settle (ed.), Instrumental Methods of Analysis, Wadsworth Pub Co; ISBN: 0534081428; (1988).
[3]Douglas A. Skoog, Analytical Chemistry, Harcourt Brace College Publishers; ISBN: 0030977169; (1993)
[4]J.R. Davis (ed.), Corrosion: Understanding the Basics, ASM International; ISBN: 0871706415; (2000)

Dario Narducci Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano Bicocca

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