在高中时学到，一般酸类的液体都是用玻璃材质的瓶子储存，即便是硫酸、硝酸等，

不过身为弱酸的「氢氟酸」HF，俗称「化骨水」，却不能比照办理，原因是为何呢?

答案是: 氢氟酸会与玻璃的主材料 : 二氧化矽 (SiO2)发生化学反应，导致玻璃瓶被破坏。

            二氧化矽的结构中，氧本身带有的孤对电子 lone pair 扮演很重要的角色。

            这个孤对电子甚至可以延伸到日后针对氮化矽 (Si3N4) 对氢氟酸的反应能力讨论。

 

 

氢氟酸是一种弱酸，我们一般用的是氢氟酸的水溶液，

在溶液中他会以部分解离的形式存在，

也就是 

 

同时HF还会产生二聚体 (dimer)，dimer同样也有失去质子的能力，

因此在HF溶液中，可能包含的物质就包括 HF、H+、F-、HF2-、H2F2 。

在不同的酸碱值环境下，会有不同的物质来主导腐蚀的程序，如下图所示，

科学家发现，HF2-和H2F2是最主要影响玻璃主成份 : 二氧化矽 (SiO2) 的离子，

将下面的三个曲线做fitting后就能得到最上面的全范围反应速率曲线。

因此假定 SiO2上的氧将会是反应的发生处，最终目的是要让氧被氟给取代，

要发生这个反应，会有两个步骤，才能把氧赶走，于是我们假定以下两个步骤。

首先，O在溶液中被质子化 (protonated)，之后的反应我们都以OH来考量，

不过事实上随著pH值的变化，可能会有质子化或去质子化的O-或是OH2+。

 随后开始考虑HF2-加入反应，我们可以注意到HF2-有很多电子，

因此它是亲核剂 (原子核带有正电，会吸引HF2-)，对矽展开攻击，因而把氧给踢掉。

这时就要开始考虑，这种踢掉氧原子的反应，

会是以取代反应 (substitution)还是消去反应 (elimination)的路径进行?

 

由于Si的周围已经被氧给重重包围住了，

因此SN2反应不可能发生，原因是SN2需要亲核基杀进重围，

因此受到立体障碍的影响较大，

于是我们判断HF2-会对Si进行消去反应，这是一种较不会受到立体障碍影响的反应。

更重要的是，

如下图所示，由于氧上面还有孤对电子，会吸引HF2-的质子靠近，

在HF2-靠近SiO2时，其中一个氟原子会和O上的电子对勾勾缠，

从而极化Si-O的键结，Si变得更带正电，因而更容易让OH脱离，

同时另一个氟会被拉近矽原子，

在生成Si-F键结的同时，OH脱离，如此一来避免了需要先将Si-O键结打断的程序，

因此立体障碍的考量就变得更不重要了。

OH在被消去的同时，缺乏电子的Si会再和HF2-、H2F2等物质反应，生成强壮的SiF键结。

最后我们就可以得到以下这个净反应: 

以上就是玻璃之所以会被较弱的氢氟酸给侵蚀的主要化学反应。

 

又，SiF4 除了逸散以外，它其实是在水中很不稳定的物质，会发生以下反应: 

生成的HF会再与剩下的SiF4配位，产生

这些副产物将会以溶液的形式存在，这些构成主要反应以外的副反应。

 

SiO2和HF之间的反应，在半导体工业中是非常重要的，

因为半导体工业中最重要的材料就是矽以及与其相关的种种衍生物。

氢氟酸除了可以用来把矽上面的氧化物给清洗掉以外，

像SiO2本身就是半导体制程中很常使用的罩幕 (hard mask)、绝缘层等的材料，

在蚀刻制程中占有重要的地位，

而各式各样的低介电材料 (low-K material)也大多含有 Si-O的键结，

因此如何更善加地运用矽相关的化学来达到蚀刻、研磨等等目的，是很重要的课题。

 

参考文献: 

Journal of the American Chemical Society122.18 (2000): 4345-4351.

Journal of The Electrochemical Society 148.3 (2001): F43-F46.

Journal of applied physics 74.3 (1993): 1575-1578.

The Journal of chemical physics 111.5 (1999): 2109-2114.

Journal of The Electrochemical Society 143.4 (1996): 1339-1347.