플루오르화 칼륨
1. 개요
플루오르화 칼륨(KF)은 탄산 칼륨과 불산의 반응으로 제조되는 무기 화합물이다. 입방 염화 나트륨 결정 구조를 가지며, 물에 잘 녹고 조해성이 있으며 약알칼리성을 나타낸다. 유기 화학에서 플루오르화 칼륨은 핀켈스타인 반응과 할렉스 공정을 통해 클로로카본을 플루오르카본으로 전환하는 데 사용되며, 알루미나 위에 고정되어 염기로도 사용된다. 코발트-크롬 합금의 플럭스 재료로도 활용된다. 플루오르화 칼륨은 유독하며 부식성이 강하여 취급 시 주의가 필요하다.
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| IUPAC 이름 | 플루오르화 칼륨 |
|---|---|
| 다른 이름 | 해당 없음 |
| 약어 | 해당 없음 |
|---|---|
| ChemSpider ID | 23006 |
| ChEMBL | 1644027 |
| UNII | 9082WG1G3F |
| UNII (이수화물) | 95R1D12HEH |
| InChI | 1S/FH.K/h1H;/q;+1/p-1 |
| InChIKey | NROKBHXJSPEDAR-REWHXWOFAI |
| SMILES | [F-].[K+] |
| 표준 InChI | 1S/FH.K/h1H;/q;+1/p-1 |
| 표준 InChIKey | NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M |
| CAS 등록번호 (무수물) | 7789-23-3 |
| CAS 등록번호 (이수화물) | 13455-21-5 |
| PubChem | 522689 |
| EINECS | 232-151-5 |
| RTECS | TT0700000 |
| 화학식 | KF |
|---|---|
| 몰 질량 (무수물) | 58.0967 g/mol |
| 몰 질량 (이수화물) | 94.1273 g/mol |
| 외관 | 무색 |
| 밀도 | 2.48 g/cm3 |
| 녹는점 (무수물) | 858 °C |
| 녹는점 (이수화물) | 41 °C |
| 녹는점 (삼수화물) | 19.3 °C |
| 끓는점 | 1502 °C |
| 용해도 (무수물, 18 °C) | 92 g/100 mL |
| 용해도 (무수물, 25 °C) | 102 g/100 mL |
| 용해도 (이수화물, 18 °C) | 349.3 g/100 mL |
| 다른 용매에 대한 용해도 | HF에 용해됨, 알코올에 불용해됨 |
| pKa | 해당 없음 |
| 자기 감수율 | −23.6·10−6 cm3/mol |
| 결정 구조 | 입방정계 |
|---|
| 표준 생성 엔탈피 | −567.27 kJ/mol |
|---|---|
| 표준 연소 엔탈피 | 해당 없음 |
| 엔트로피 | 66.57 J mol−1K−1 |
| 열용량 | 49.04 J mol−1K−1 |
| 신호어 | 위험 |
|---|---|
| NFPA 704 (보건) | 3 |
| NFPA 704 (인화성) | 0 |
| NFPA 704 (반응성) | 0 |
| NFPA 704 (특수 위험) | 해당 없음 |
| 인화점 | 불연성 |
| PEL | 해당 없음 |
| LD50 (쥐, 경구) | 245 mg/kg |
| EU 분류 | 유독 (T) |
| S 문구 | , , |
| 다른 음이온 | 염화 칼륨 브롬화 칼륨 아이오딘화 칼륨 |
|---|---|
| 다른 양이온 | 플루오르화 리튬 플루오르화 나트륨 플루오르화 루비듐 플루오르화 세슘 플루오르화 프랑슘 |
2. 제조
플루오르화 칼륨은 탄산 칼륨과 불산을 반응시켜 제조한다. 용액을 증발시키면 플루오르화 수소 칼륨 결정이 생성된다. 플루오르화 수소 칼륨을 가열하면 플루오르화 칼륨이 생성된다. 반응식은 다음과 같다.
: K2CO3 + 4HF → 2KHF2 + CO2↑ + H2O
: KHF2 → KF + HF↑
백금 또는 내열성 플라스틱 용기가 이러한 작업에 자주 사용된다.
염화 칼륨은 플루오르화 수소와 처리하면 KF로 전환된다. 이러한 방식으로 플루오르화 칼륨은 재활용이 가능하다.
플루오르화 수소산에 탄산 칼륨을 용해하여 수용액을 농축하면 얻을 수 있다. 17.7℃ 이하에서는 사수화물, 17.7~40.2℃에서는 이수화물, 40.2℃ 이상에서는 무수물이 석출된다.
3. 결정 구조
플루오르화 칼륨(KF)은 염화 나트륨 결정 구조를 갖는 입방체이다. 실온에서 격자 상수는 0.266 nm이다. 염화 나트륨형 구조를 가지며, 격자 상수는 a = 5.34 Å, K−F 결합 거리는 2.67 Å이다.
4. 화학적 성질
플루오르화 칼륨(KF)은 유기 화학에서 클로로카본을 플루오르카본으로 전환하는 데 사용될 수 있다. 여기에는 핀켈스타인 반응(알킬 할라이드) 및 할렉스 공정(아릴 클로라이드)이 포함된다. 이러한 반응은 일반적으로 디메틸폼아미드, 에틸렌 글리콜, 디메틸 설폭사이드와 같은 극성 용매를 사용한다. 지방족 할라이드의 보다 효율적인 플루오르화는 크라운 에테르와 부피가 큰 다이올을 아세토니트릴 용매에 결합하여 달성할 수 있다.
알루미나 위의 플루오르화 칼륨(KF/Al2O3)은 유기 합성에 사용되는 염기이다. 1979년 안도 등(Ando et al.)에 의해 알킬화 반응을 유도하기 위해 처음 도입되었다.
플루오르화 칼륨은 물에 잘 녹고 조해성을 가지며, 수용액은 약알칼리성을 나타내고 유리를 부식시킨다. 수용액에서는 칼륨 이온(K+)과 플루오린화물 이온(F−)으로 전리된다. 액체 암모니아에도 녹으며, 플루오린화 수소에 녹아 플루오린화 수소 칼륨을 생성한다. 에탄올에는 잘 녹지 않는다.
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5. 유기 화학에서의 응용
유기 화학에서 플루오르화 칼륨(KF)은 핀켈스타인 반응(알킬 할라이드) 및 할렉스 반응(아릴 클로라이드)을 통해 클로로카본을 플루오르카본으로 전환하는 데 사용될 수 있다. 이러한 반응은 일반적으로 디메틸폼아미드, 에틸렌 글리콜, 디메틸 설폭사이드와 같은 극성 용매를 사용한다. 지방족 할라이드의 보다 효율적인 플루오르화는 크라운 에테르와 부피가 큰 다이올을 아세토니트릴 용매에 결합하여 달성할 수 있다.
알루미나 위의 플루오르화 칼륨(KF/Al2O3)은 유기 합성에 사용되는 염기이다. 1979년 안도 등(Ando et al.)에 의해 알킬화 반응을 유도하기 위해 처음 도입되었다.
6. 기타 응용
코발트-크롬 합금의 플럭스 재료로 사용된다.
7. 안전성
다른 플루오린화 이온 공급원, F-와 마찬가지로, 플루오르화 칼륨(KF)은 유독하며, 사람의 경우 치사량은 그램 수준에 이른다. 흡입 및 섭취 시 유해하다. 부식성이 매우 강하며, 피부 접촉 시 심한 화상을 입을 수 있다.