Kalziumfluorid

Kristallstruktur
grau:Ca2+, gelb: F-
Allgemeines
Name	Calciumfluorid
Andere Namen	Fluorit Flussspat Kalziumfluorid
Verhältnisformel	CaF2
CAS-Nummer	7789-75-5
Kurzbeschreibung	weißes Pulver bzw. farblose Kristalle
Eigenschaften
Molare Masse	78,08 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	3,18 g/cm3[1]
Schmelzpunkt	1418 °C[1]
Siedepunkt	2513 °C[1]
Löslichkeit	schlecht in Wasser (16 mg/l bei 20 °C[1]) und Alkohol
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: keine S-Sätze
MAK	1 mg/m3[2]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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

Eigenschaften

Calciumfluorid bildet farblose, in Wasser und verdünnten Säuren schwerlösliche Kristalle. Natürlich vorkommendes Calciumfluorid heißt Fluorit oder Flussspat und ist meist durch Verunreinigungen gelb, grün, blau oder violett gefärbt. Calciumfluorid kristallisiert in dem weitverbreiteten Fluoritgitter. In den meisten Lösungsmitteln wie Wasser, Alkohol usw. ist es schwer löslich. Für Ultraviolett- und Infrarotstrahlung besitzt es eine hohe Durchlässigkeit.
Alkalilaugen greifen Calciumfluorid nicht an. Mit Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt auch unter Rotglut keine Reaktion.

Reaktionen

$\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4 \longrightarrow 2 \ HF \uparrow + CaSO_4}$

Calciumfluorid und Schwefelsäure setzen Fluorwasserstoff frei.

$\mathrm{Ca^{2+} + 2 \ F^- \longrightarrow CaF_2 \downarrow}$

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

Vorkommen und Gewinnung

Flussspat wird in großen Mengen, mehrere Millionen Tonnen pro Jahr, im Tage- und Tiefbau bergmännisch gewonnen. Da es mit anderen Mineralien wie Schwerspat (Bariumsulfat BaSO₄, 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

• Säurespat mit mehr als 97 % CaF₂
• Keramikspat mit mehr als 95 % CaF₂
• Hüttenspat mit mehr als 85 % 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.^[3]

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:

• 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. Auch in hochwertigen astronomischen Optiken kommen Calciumfluoridlinsen als mittlere Linse von Apochromaten zum Einsatz (Fluoridapochromate, z. B. amateurastronomische Refraktoren von Zeiss).
• Aufgrund der gegenseitigen Kompensation der Änderung der Brechzahl und der Wärmedehnung, tritt bei Flussspat der Effekt von thermischen Linsen kaum auf. Aus diesem Grund ist Flussspat sehr beliebt für Laseranwendungen mit hohen Leistungsdichten.
• Standardmineral der Mohsschen Härteskala (Härte 4).

Vorsichtsmaßnahmen

Bei Kontakt mit starken Säuren wird Fluorwasserstoff freigesetzt. Verätzungsgefahr.

Nachweis

Ätzprobe: CaF₂ mit etwas 6n Schwefelsäure in ein Reagenzglas geben. Die Benetzung der Glasoberfläche ändert sich, da Fluorwasserstoffsäure HF entsteht.

Quellen

1. ↑ ^{a b c d e} Sicherheitsdatenblatt (Merck)
2. ↑ Eintrag zu Calciumfluorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 3.1.2008 (JavaScript erforderlich)
3. ↑ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 233-4.