Acide hexafluorosilicique

Acide hexafluorosilicique
Structure de l'acide hexafluorosilicique
Identification
Synonymes	acide fluorosilicique, acide fluosilicique
N^o CAS	16961-83-4
N^o ECHA	100.037.289
N^o CE	241-034-8
PubChem	21863527
SMILES	[H+].[H+].F[Si-2](F)(F)(F)(F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/F6Si/c1-7(2,3,4,5)6/q-2/p+2 Std. InChIKey : OHORFAFFMDIQRR-UHFFFAOYSA-P
Apparence	liquide incolore
Propriétés chimiques
Formule	H2F6Si
Masse molaire[1]	144,091 8 ± 0,000 4 g/mol H 1,4 %, F 79,11 %, Si 19,49 %,
Propriétés physiques
T° fusion	19 °C[2] pour une solution aqueuse à 60-70 %, formant des cristaux de dihydrate, −30 °C pour une solution à 35 %
T° ébullition	décomposition à 110 °C[2]
Masse volumique	1,38 g·cm^-3[2] à 25 °C
Précautions
SGH[2]
Danger H314, P280, P310 et P305+P351+P338 H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P310 : Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
Transport[2]
80    1778    Code Kemler : 80 : matière corrosive ou présentant un degré mineur de corrosivité Numéro ONU : 1778 : ACIDE FLUOROSILICIQUE Classe : 8 Étiquette : 8 : Matières corrosives Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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L'acide hexafluorosilicique (ou fluorosilicique) est un composé chimique de formule H₂SiF₆, qui n'existe jamais à l'état pur mais toujours en solution dans un solvant donneur de protons à pH faible (acide)^[3]. L'eau est le solvant le plus courant, formant une solution aqueuse qui se présente sous la forme d'un liquide incolore contenant le cation hydronium H₃O⁺ et l'anion hexafluorosilicate (ou fluorosilicate) SiF₆²⁻. La distillation d'une solution aqueuse d'acide fluorosilicique dégage ainsi non pas des molécules H₂SiF₆ mais libère plutôt du fluorure d'hydrogène HF, du tétrafluorure de silicium SiF₄ et de la vapeur d'eau H₂O.

Les sels de l'acide hexafluorosilicique sont appelés hexafluorosilicates (ou fluorosilicates) : hexafluorosilicate de sodium, hexafluorosilicate d'ammonium (en), etc.

Production et principales réactions chimiques

L'acide fluorosilicique est extrait comme sous-produit de la synthèse de l'acide fluorhydrique HF_(aq) par réaction de l'acide sulfurique H₂SO₄ sur la fluorine, un minéral constitué essentiellement de fluorure de calcium CaF₂ : environ 50 kg de H₂SiF₆ par tonne de fluorure d'hydrogène produite, une partie de celui-ci réagissant avec les minéraux silicatés présents comme impuretés dans la fluorine. De la même manière, l'acide fluorosilicique est également un sous-produit de la synthèse de l'acide phosphorique H₃PO₄ à partir d'apatite et de fluorapatite, HF_(aq) réagissant sur les silicates pour former du tétrafluorure de silicium SiF₄, lequel réagit à son tour avec l'acide fluorhydrique pour donner H₂SiF₆^[4] :

SiO₂ + 4 HF_(aq) → SiF₄ + 2 H₂O,

SiF₄ + 2 HF_(aq) → H₂SiF_{6 (aq)}.

L'acide fluorosilicique peut ainsi être produit directement par l'action de l'acide fluorhydrique HF_(aq) sur le tétrafluorure de silicium SiF₄.

La neutralisation de solutions d'acide fluorosilicique par des bases alcalines conduit à la formation des sels de fluorosilicates alcalins correspondants. L'hydroxyde de sodium NaOH agissant sur de l'acide fluorosilicique H₂SiF_{6 (aq)} donne ainsi du fluorosilicate de sodium Na₂SiF₆ :

H₂SiF_{6 (aq)} + 2 NaOH → Na₂SiF₆ + 2 H₂O.

Cette réaction de neutralisation doit demeurer ménagée car l'excès de base conduit à l'hydrolyse du fluorosilicate :

Na₂SiF₆ + 4 NaOH → 6 NaF + SiO₂ + 2 H₂O.

On produit les autres fluorosilicates de la même façon, tel que le fluorosilicate d'ammonium (en) (NH₄)₂SiF₆.

Applications

L'acide fluorosilicique est essentiellement converti en fluorure d'aluminium AlF₃ et en cryolite Na₃AlF₆. Ces composés sont essentiels dans la conversion des minerais d'aluminium (bauxite) en aluminium métallique. La formation du fluorure d'aluminium s'écrit :

H₂SiF_{6 (aq)} + Al₂O₃ → 2 AlF₃ + SiO₂ + H₂O.

Il est également converti en un ensemble de sels d'hexafluorosilicate aux utilisations variées : le fluorosilicate de potassium K₂SiF₆ est utilisé dans la production de porcelaines, celui d'ammonium (NH₄)₂SiF₆ comme désinfectant et dans la gravure sur verre, celui de magnésium MgSiF₆ comme insecticide et dans la production de bétons spéciaux, celui de baryum BaSiF₆ dans la production de matériaux phosphorescents, celui de sodium Na₂SiF₆ principalement pour la fluoration de l'eau, celui de plomb PbSiF₆ dans la purification de ce métal par électrolyse, etc.

Par ailleurs, l'acide fluorosilicique est un réactif utilisé en synthèse organique pour cliver les liaisons Si–O des éthers de silyle.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. Entrée « Fluorosilicic acid solution » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 27 décembre 2012 (JavaScript nécessaire)
3. D'autres composés présentent également cette particularité de n'exister qu'en solution et jamais à l'état pur ; c'est par exemple le cas de l'acide carbonique H₂CO₃.
4. (en) Jean Aigueperse, Paul Mollard, Didier Devilliers, Marius Chemla, Robert Faron, René Romano et Jean Pierre Cuer, « Fluorine Compounds, Inorganic », Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,‎ 15 juin 2000 (lire en ligne) DOI 10.1002/14356007.a11_307