Трифторид хлора - Википедия - Chlorine trifluoride

Трифторид хлора
Скелетная формула трифторида хлора с некоторыми измерениями
Модель заполнения пространства трифторида хлора
Имена
Систематическое название ИЮПАК
Трифтор-λ3-хлоран[1] (замещающий)
Другие имена
Хлортрифторид
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.029.301 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 232-230-4
1439
MeSHхлор + трифторид
Номер RTECS
  • FO2800000
UNII
Номер ООН1749
Характеристики
ClF3
Молярная масса92.45 г · моль−1
ВнешностьБесцветный газ или зеленовато-желтая жидкость
Запахсладкий, острый, раздражающий, удушающий[2][3]
Плотность3,779 г / л[4]
Температура плавления -76,34 ° С (-105,41 ° F, 196,81 К)[4]
Точка кипения 11,75 ° С (53,15 ° F, 284,90 К)[4] (разлагается при 180 ° C (356 ° F, 453 K))
Экзотермический гидролиз[5]
РастворимостьРеагирует с бензолом, толуолом, эфиром, спиртом, уксусной кислотой, тетрафторидом селена, азотной кислотой, серной кислотой, щелочью, гексаном.[5] Растворим в CCl4 но может быть взрывоопасным в высоких концентрациях.
Давление газа175 кПа
−26.5×10−6 см3/ моль[6]
Вязкость91,82 мкПа с
Структура
Т-образный
Термохимия[7]
63.9 Дж · К−1 моль−1
281,6 Дж · К−1 моль−1
−163,2 кДж моль−1
−123.0 кДж моль−1
Опасности
Главный опасностивзрывоопасен при контакте с органическими веществами, бурно реагирует с водой[3]
Паспорт безопасностиnatlex.ilo.ch
Пиктограммы GHSGHS03: Окисляющий GHS05: Коррозийный GHS06: Токсично GHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSОпасность
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгораниянегорючий [3]
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
95 частей на миллион (крыса, 4 часа)
178 частей на миллион (мышь, 1 час)
230 частей на миллион (обезьяна, 1 час)
299 частей на миллион (крыса, 1 час)
[8]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
C 0,1 частей на миллион (0,4 мг / м3)[3]
REL (Рекомендуемые)
C 0,1 частей на миллион (0,4 мг / м3)[3]
IDLH (Непосредственная опасность)
20 частей на миллион[3]
Родственные соединения
Родственные соединения
Пентафторид хлора

Монофторид хлора
Трифторид брома
Трифторид йода

Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Трифторид хлора является межгалогенный соединение с формулой ClF3. Этот бесцветный, ядовитый, едкий и чрезвычайно реактивный газ конденсируется в бледно-зеленовато-желтую жидкость, в той форме, в которой он чаще всего продается (под давлением при комнатной температуре). Компаунд представляет интерес прежде всего как компонент в ракетное топливо, в чистке без плазмы и травление операции в полупроводниковая промышленность,[9][10] в переработка топлива ядерных реакторов,[11] и другие производственные операции.[12]

Приготовление, состав и свойства

Впервые о нем сообщили в 1930 году Рафф и Круг, подготовившие его фторирование из хлор; это также произвело ClF и смесь разделяли перегонкой.[13]

3 F2 + Cl2 → 2 ClF3

В молекулярная геометрия ClF3 примерно Т-образный, с одной короткой облигацией (1.598Å ) и две длинные связи (1.698 Å).[14] Эта структура согласуется с предсказанием Теория VSEPR, который предсказывает, что неподеленные пары электронов занимают две экваториальные позиции гипотетической тригональной бипирамиды. Удлиненные осевые связи Cl-F соответствуют гипервалентная связь.

Чистый ClF3 стабилен до 180 ° C в кварцевых сосудах; выше этой температуры он разлагается свободный радикал механизм на составляющие его элементы.[нужна цитата ]

Реакции

Реакции со многими металлами дают хлориды и фториды; фосфор дает трихлорид фосфора (PCl3) и пентафторид фосфора (ПФ5); и сера дает дихлорид серы (SCl2) и тетрафторид серы (SF4). ClF3 также бурно реагирует с водой, окисляя ее с образованием кислорода или, в контролируемых количествах, дифторид кислорода (ИЗ2), а также фтороводород и хлористый водород:

ClF3 + 2H2О → 3HF + HCl + O2
ClF3 + H2О → HF + HCl + OF2

Он также преобразует многие оксиды металлов в галогениды металлов и кислород или дифторид кислорода.

Встречается как лиганд в комплексе CsF (ClF
3)
3.[15]

Одно из основных применений ClF3 должен производить гексафторид урана, UF6в рамках переработки и переработки ядерного топлива путем фторирования металлического урана:

U + 3 ClF3 → УФ6 + 3 ClF

Также соединение может диссоциировать по схеме:

ClF3 → ClF + F2

Использует

Полупроводниковая промышленность

В полупроводниковой промышленности трифторид хлора используется для очистки химическое осаждение из паровой фазы камеры.[16] Его преимущество состоит в том, что его можно использовать для удаления полупроводникового материала со стенок камеры без необходимости демонтажа камеры.[16] В отличие от большинства альтернативных химикатов, используемых в этой роли, его не нужно активировать с помощью плазмы, поскольку тепла камеры достаточно, чтобы заставить ее разложиться и вступить в реакцию с полупроводниковым материалом.[16]

Ракетное топливо

Трифторид хлора был исследован как высокоэффективный хранящийся окислитель в ракетное топливо системы. Однако решение проблем серьезно ограничивает его использование. Джон Друри Кларк обобщил трудности:

Это, конечно, чрезвычайно токсично, но это меньшая проблема. это гиперголичный со всеми известными видами топлива и настолько быстро увеличиваются, что задержка воспламенения никогда не измерялась. Он также чрезмерно склонен к таким вещам, как ткань, дерево и инженеры-испытатели, не говоря уже об асбесте, песке и воде, с которыми он реагирует взрывоопасно. Его можно сохранить в некоторых обычных конструкционных металлах - стали, меди, алюминии и т. Д. - из-за образования тонкой пленки нерастворимого фторида металла, которая защищает основную часть металла, точно так же, как невидимое покрытие оксида на алюминии. не дает ему сгореть в атмосфере. Если, однако, это покрытие расплавлено или счищено и не имеет возможности восстановиться, оператор сталкивается с проблемой борьбы с возгоранием фтора и металла. Чтобы справиться с этой ситуацией, я всегда рекомендовал хорошую пару кроссовок.[17]

Открытие пентафторид хлора рендеринг ClF3 устаревший как потенциальный окислитель ракетного топлива, но был в равной степени или даже более опасен для производства, хранения и использования. Ни один из компонентов не использовался ни в одной официальной ракетной двигательной установке.

Предлагаемые военные приложения

Под кодовое название N-Stoff («вещество N»), трифторид хлора был исследован для использования в военных целях Институт кайзера Вильгельма в нацистская Германия незадолго до начала Вторая Мировая Война. Испытания проводились на макетах Линия Мажино укреплений, и это было признано эффективным комбинированным зажигательное оружие и ядовитый газ. С 1938 года началось строительство частично бункерованный, частично подземный 14000 м2 оружейный завод, Промышленный комплекс Фалькенхаген, который должен был произвести 90 тонны N-Stoff в месяц, плюс зарин. Однако к тому времени, когда он был захвачен наступающими Красная армия в 1945 году завод производил всего от 30 до 50 тонн при стоимости более 100 Немецкая рейхсмарка за килограмма. N-Stoff никогда не использовался на войне.[18][19]

Опасности

ClF3 очень сильный окисляющий и фторирование агент. Он чрезвычайно реактивен с большинством неорганических и органических материалов, таких как стекло, и инициирует горение многих негорючих материалов. без источника возгорания. Эти реакции часто бывают бурными, а в некоторых случаях взрывной. Сосуды из стали, медь, или же никель не потребляются ClF3 потому что образуется тонкий слой нерастворимого фторида металла, но молибден, вольфрам, и титан образуют летучие фториды и, следовательно, непригодны. Любое оборудование, контактирующее с трифторидом хлора, необходимо тщательно очистить, а затем пассивирован потому что любое оставшееся загрязнение может прожечь пассивирующий слой быстрее, чем он сможет сформироваться заново. Также известно, что трифторид хлора разъедает материалы, которые, как известно, не подвержены коррозии, такие как иридий, платина, и золото.[нужна цитата ]

Тот факт, что его окислительная способность превосходит кислород, приводит к коррозии материалов, содержащих оксиды, которые часто считаются негорючими. Сообщалось, что трифторид хлора и подобные ему газы воспламеняют песок, асбест, и другие материалы с высокой огнестойкостью. Он также воспламенит золу материалов, которые уже были сожжены в кислороде. В результате промышленной аварии, пролитая 900 кг трифторида хлора прожгла 30 см бетона и 90 см гравия под ним.[20][17] Существует ровно один известный метод управления / тушения пожара, способный справиться с трифторидом хлора - это использование азота и благородных газов: окружающая территория должна быть залита азотом или аргоном. Если этого не сделать, область нужно просто держать в прохладном месте, пока реакция не прекратится.[21] Соединение вступает в реакцию с подавителями на водной основе и окисляется даже в отсутствие кислорода воздуха, в результате чего традиционные подавители смещения атмосферы, такие как CO2 и галон неэффективен. При контакте воспламеняет стекло.[22]

Воздействие больших количеств трифторида хлора в жидком или газообразном виде воспламеняет живые ткани. Реакция гидролиза с водой идет бурно, и ее воздействие приводит к термическому ожогу. Продуктами гидролиза в основном являются плавиковая кислота и соляная кислота, обычно выделяется в виде кислого пара или пара из-за сильно экзотермического характера реакции.

Смотрите также

Примечания

^ а Используя данные из Услуги по экономической истории и Калькулятор инфляции, мы можем подсчитать, что 100 рейхсмарок в 1941 году приблизительно эквивалентны 540 долларам США в 2006 году. Значения обменного курса рейхсмарок с 1942 по 1944 год фрагментарны.

Рекомендации

  1. ^ «Трифторид хлора - Резюме соединения». PubChem Compound. США: Национальный центр биотехнологической информации. 16 сентября 2004 г. Идентификационные и связанные записи. Получено 9 октября 2011.
  2. ^ ClF3/ Гидразин В архиве 2007-02-02 в Wayback Machine в Энциклопедии астронавтики.
  3. ^ а б c d е ж Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0117". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ а б c Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press. п. 4.58. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  5. ^ а б Фторид хлора (ClF3) В архиве 2013-10-29 в Wayback Machine в компании Guidechem Chemical Network
  6. ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press. п. 4.132. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  7. ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press. п. 5.8. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  8. ^ «Трифторид хлора». Немедленно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH). Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  9. ^ Хабука, Хитоши; Сукенобу, Такахиро; Кода, Хидеюки; Такеучи, Такаши; Айхара, Масахико (2004). «Скорость травления кремния с использованием трифторида хлора». Журнал Электрохимического общества. 151 (11): G783 – G787. Дои:10.1149/1.1806391.
  10. ^ Си, Мин и др. (1997) Патент США 5,849,092 «Процесс очистки камеры трифторидом хлора»
  11. ^ Совет по экологическим исследованиям и токсикологии, (BEST) (2006). Рекомендуемые уровни острого воздействия для отдельных переносимых по воздуху химических веществ: Том 5. Вашингтон, округ Колумбия: Пресса национальных академий. п. 40. ISBN  978-0-309-10358-9. (Доступна с Национальная академия прессы В архиве 2014-11-07 в Wayback Machineоткрытый доступ)
  12. ^ Бойс, К. Брэдфорд и Белтер, Рэндольф К. (1998) Патент США 6034016 «Способ регенерации галогенированных кислотных катализаторов Льюиса»
  13. ^ Отто Рафф, Х. Круг (1930). "Über ein neues Chlorfluorid-CIF"3". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 190 (1): 270–276. Дои:10.1002 / zaac.19301900127.
  14. ^ Смит, Д. Ф. (1953). «Микроволновый спектр и структура трифторида хлора». Журнал химической физики. 21 (4): 609–614. Bibcode:1953ЖЧФ..21..609С. Дои:10.1063/1.1698976. HDL:2027 / mdp.39015095092865.
  15. ^ Шайбе, Бенджамин; Karttunen, Antti J .; Мюллер, Ульрих; Краус, Флориан (5 октября 2020 г.). «Cs [Cl 3 F 10]: пропеллерный [Cl 3 F 10] - анион в своеобразной структуре типа A [5] B [5]». Angewandte Chemie International Edition. 59 (41): 18116–18119. Дои:10.1002 / anie.202007019.
  16. ^ а б c «Очистка камер для сердечно-сосудистых заболеваний на месте». Semiconductor International. 1 июня 1999 г.[постоянная мертвая ссылка ]
  17. ^ а б Кларк, Джон Д. (1972). Зажигание! Неофициальная история жидкого ракетного топлива. Издательство Университета Рутгерса. п. 214. ISBN  978-0-8135-0725-5.
  18. ^ Мюллер, Бенно (24 ноября 2005 г.). "Ядовитый подарок". Природа. Обзор: Kampfstoff-Forschung im Nationalsozialismus: Zur Kooperation von Kaiser-Wilhelm-Instituten, Militär und Industrie [Исследование оружия в национал-социализме] Флориана Шмальца (Wallstein, 2005, 676 страниц). 438 (7067): 427. Bibcode:2005Натура 438..427М. Дои:10.1038 / 438427a.
  19. ^ "Германия 2004". www.bunkertours.co.uk.
  20. ^ График безопасности. Продукты Air
  21. ^ «Руководство по обращению с трифторидом хлора». Канога Парк, Калифорния: Рокетдайн. Сентябрь 1961 г. с. 24. Получено 2012-09-19.
  22. ^ Патнаик, Прадёт (2007). Подробное руководство по опасным свойствам химических веществ (3-е изд.). Wiley-Interscience. п. 478. ISBN  978-0-471-71458-3.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

[1]