Chlortrifluorid - Chlorine trifluoride - Wikipedia

Chlortrifluorid
Skeletální vzorec trifluoridu chloru s některými měřeními
Mezikusový model trifluoridu chloru
Jména
Systematický název IUPAC
Trifluoro-λ3-chloran[1] (substituční)
Ostatní jména
Chlortrifluorid
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Informační karta ECHA100.029.301 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 232-230-4
1439
Pletivochlor + trifluorid
Číslo RTECS
  • FO2800000
UNII
UN číslo1749
Vlastnosti
ClF3
Molární hmotnost92.45 g · mol−1
VzhledBezbarvý plyn nebo zelenožlutá kapalina
Zápachsladký, štiplavý, dráždivý, dusivý[2][3]
Hustota3,779 g / l[4]
Bod tání -76,34 ° C (-105,41 ° F; 196,81 K)[4]
Bod varu 11,75 ° C (53,15 ° F; 284,90 K)[4] (rozkládá se při 180 ° C (356 ° F; 453 K))
Exotermická hydrolýza[5]
RozpustnostReaguje s benzenem, toluenem, etherem, alkoholem, kyselinou octovou, tetrafluoridem seleničitým, kyselinou dusičnou, kyselinou sírovou, zásadami, hexanem.[5] Rozpustný v CCl4 ale ve vysokých koncentracích může být výbušný.
Tlak páry175 kPa
−26.5×10−6 cm3/ mol[6]
Viskozita91,82 μPa s
Struktura
Ve tvaru písmene T.
Termochemie[7]
63,9 J K.−1 mol−1
281,6 J K.−1 mol−1
-163,2 kJ mol−1
-123,0 kJ mol−1
Nebezpečí
Hlavní nebezpečívýbušný při působení organických látek reaguje prudce s vodou[3]
Bezpečnostní listnatlex.ilo.ch
Piktogramy GHSGHS03: Oxidující GHS05: Žíravý GHS06: Toxický GHS08: Nebezpečí pro zdraví
Signální slovo GHSNebezpečí
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Bod vzplanutínehořlavý [3]
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
95 ppm (krysa, 4 hodiny)
178 ppm (myš, 1 hod)
230 ppm (opice, 1 hod)
299 ppm (krysa, 1 hod)
[8]
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)
C 0,1 ppm (0,4 mg / m3)[3]
REL (Doporučeno)
C 0,1 ppm (0,4 mg / m3)[3]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
20 ppm[3]
Související sloučeniny
Související sloučeniny
Chlorpentafluorid

Chlormonofluorid
Bromtrifluorid
Jodtrifluorid

Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Chlortrifluorid je interhalogen sloučenina vzorce ClF3. Tento bezbarvý, jedovatý, žíravý a extrémně reaktivní plyn kondenzuje na světle zelenkavě žlutou kapalinu, formu, ve které se nejčastěji prodává (pod tlakem při pokojové teplotě). Sloučenina je primárně zajímavá jako složka v raketová paliva, při čištění plazmatu a leptání operace v polovodičový průmysl,[9][10] v zpracování paliva v jaderném reaktoru,[11] a další průmyslové operace.[12]

Příprava, struktura a vlastnosti

Poprvé to oznámili v roce 1930 Ruff a Krug, kteří to připravili fluorace z chlór; toto také produkovalo ClF a směs byla oddělena destilací.[13]

3 F2 + Cl2 → 2 ClF3

The molekulární geometrie ClF3 je přibližně Ve tvaru písmene T., s jednou krátkou vazbou (1.598A ) a dvě dlouhé vazby (1 698 Å).[14] Tato struktura souhlasí s předpovědí Teorie VSEPR, který předpovídá, že osamělé páry elektronů zaujímají dvě rovníkové polohy hypotetického trigonálního bipyramidu. Prodloužené axiální vazby Cl-F jsou v souladu s hypervalentní vazba.

Čistý ClF3 je stabilní do 180 ° C v křemenných nádobách; nad touto teplotou se rozkládá a volné radikály mechanismus k jeho základním prvkům.[Citace je zapotřebí ]

Reakce

Reakce s mnoha kovy dávají chloridy a fluoridy; fosfor výnosy chlorid fosforitý (PCl3) a pentafluorid fosforečný (PF5); a síra výnosy chlorid sírový (SCl2) a tetrafluorid síry (SF4). ClF3 také prudce reaguje s vodou, oxiduje ji za vzniku kyslíku nebo v kontrolovaných množstvích difluorid kyslíku (Z2), stejně jako fluorovodík a chlorovodík:

ClF3 + 2 hodiny2O → 3HF + HCl + O2
ClF3 + H2O → HF + HCl + OF2

Také převede mnoho oxidů kovů na halogenidy kovů a kyslík nebo difluorid kyslíku.

Vyskytuje se jako ligand v komplexu CsF (ClF
3)
3.[15]

Jedno z hlavních použití ClF3 je vyrábět hexafluorid uranu, UF6, jako součást zpracování a přepracování jaderného paliva, fluorací kovového uranu:

U + 3 ClF3 → UF6 + 3 ClF

Sloučenina může také disociovat podle schématu:

ClF3 → ClF + F2

Použití

Polovodičový průmysl

V polovodičovém průmyslu se k čištění používá trifluorid chloru chemická depozice par komory.[16] Má tu výhodu, že jej lze použít k odstranění polovodičového materiálu ze stěn komory bez nutnosti demontáže komory.[16] Na rozdíl od většiny alternativních chemikálií používaných v této roli se nemusí aktivovat pomocí plazmy, protože teplo komory je dost na to, aby se rozložila a reagovala s polovodičovým materiálem.[16]

Raketový pohon

Chlortrifluorid byl zkoumán jako vysoce výkonný skladovatelný oxidátor v raketové palivo systémy. Obavy z manipulace však jeho použití výrazně omezují. John Drury Clark shrnul potíže:

Je to samozřejmě extrémně toxické, ale to je ten nejmenší problém. to je hypergolický s každým známým palivem a tak rychle hypergolický, že nebylo nikdy změřeno zpoždění vznícení. Je také hypergolický s takovými věcmi, jako jsou látky, dřevo a zkušební inženýři, nemluvě o azbestu, písku a vodě - s nimiž reaguje výbušně. Může být uchováván v některých běžných konstrukčních kovech - oceli, mědi, hliníku atd. - kvůli tvorbě tenkého filmu nerozpustného fluoridu kovu, který chrání většinu kovu, stejně jako neviditelný povlak oxidu na hliníku brání tomu, aby hořel v atmosféře. Pokud se však tento nátěr roztaví nebo vydrhne a nemá šanci se reformovat, je obsluha konfrontována s problémem vyrovnat se s požárem kov-fluor. Pro řešení této situace jsem vždy doporučoval kvalitní běžecké boty.[17]

Objev chlorpentafluorid poskytnuté ClF3 zastaralá jako potenciální oxidační činidlo raketového paliva, ale byla stejně nebo ještě nebezpečnější pro výrobu, skladování a použití. Ani jedna sloučenina nebyla použita v žádném oficiálním raketovém pohonném systému.

Navrhované vojenské aplikace

Pod krycí jméno N-Stoff ("látka N"), chlorfluorid byl zkoumán pro vojenské účely úřadem Institut Kaisera Wilhelma v nacistické Německo nedlouho před začátkem roku druhá světová válka. Byly provedeny testy proti maketám Maginotova linie opevnění a bylo zjištěno, že je to efektivní kombinace zápalná zbraň a jedovatý plyn. Od roku 1938 byla stavba částečně zahájena bunkrovaný, částečně podzemní 14 000 m2 továrna na munici Falkenhagenský průmyslový komplex, jehož cílem bylo vyrobit 90 kusů tun N-Stoff za měsíc, plus sarin. Avšak v době, kdy byl zajat postupujícími Rudá armáda v roce 1945 vyrobila továrna jen asi 30 až 50 tun za cenu více než 100 Německá říšská marka na kilogramA. N-Stoff nebyl nikdy použit ve válce.[18][19]

Nebezpečí

ClF3 je velmi silný oxidující a fluorování činidlo. Je extrémně reaktivní s většinou anorganických a organických materiálů, jako je sklo, a zahájí spalování mnoha jinak nehořlavých materiálů bez jakéhokoli zdroje vznícení. Tyto reakce jsou často násilné a v některých případech explozivní. Plavidla vyrobená z ocel, měď nebo nikl nejsou spotřebovány ClF3 protože se vytvoří tenká vrstva nerozpustného fluoridu kovu, ale molybden, wolfram, a titan tvoří těkavé fluoridy a jsou proto nevhodné. Veškeré zařízení, které přijde do styku s fluoridem chlorovitým, musí být pečlivě vyčištěno a poté pasivovaný, protože veškerá zbývající kontaminace se může pasivační vrstvou spálit rychleji, než se může znovu vytvořit. Bylo také známo, že chlorid trifluorid koroduje materiály, o nichž je jinak známo, že jsou nekorodující, jako jsou iridium, Platina, a zlato.[Citace je zapotřebí ]

Skutečnost, že jeho oxidační schopnost předčí kyslík, vede ke korozi vůči materiálům obsahujícím oxidy, které se často považují za nehořlavé. Bylo hlášeno, že trifluorid chloru a podobné plyny zapalují písek, azbest a další vysoce nehořlavé materiály. Rovněž zapálí popel materiálů, které již byly spáleny v kyslíku. Při průmyslové havárii došlo k úniku 900 kg trifluoridu chloru přes 30 cm betonu a 90 cm štěrku pod ním.[20][17] Existuje přesně jedna známá metoda řízení / hašení požáru, která je schopná zacházet s fluoridem chlorovitým - použití dusíku a vzácných plynů: okolní oblast musí být zaplavena dusíkem nebo argonem. Kromě toho musí být oblast jednoduše udržována v chladu, dokud reakce neustane.[21] Sloučenina reaguje s potlačovači na bázi vody a oxiduje i v nepřítomnosti atmosférického kyslíku, čímž vytváří tradiční potlačovače přemísťování atmosféry, jako je CO2 a halon neúčinné. Při kontaktu zapálí sklo.[22]

Vystavení většímu množství chloridu trifluoridového, jako kapaliny nebo plynu, zapálí živou tkáň. Hydrolýzní reakce s vodou je prudká a expozice vede k tepelnému popálení. Produkty hydrolýzy jsou hlavně kyselina fluorovodíková a kyselina chlorovodíková, obvykle uvolňované jako kyselá pára nebo pára kvůli vysoce exotermické povaze reakce.

Viz také

Poznámky

^ a Používání dat z Služby hospodářské historie a Inflační kalkulačka, můžeme vypočítat, že 100 říšských marek v roce 1941 je přibližně ekvivalentem 540 USD v roce 2006. Hodnoty směnného kurzu říšských marek v letech 1942 až 1944 jsou dílčí.

Reference

  1. ^ „Chlortrifluorid - shrnutí sloučeniny“. PubChem Compound. USA: Národní centrum pro biotechnologické informace. 16. září 2004. Identifikace a související záznamy. Citováno 9. října 2011.
  2. ^ ClF3/ Hydrazin Archivováno 02.02.2007 na Wayback Machine v Encyclopedia Astronautica.
  3. ^ A b C d E F NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0117". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  4. ^ A b C Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. vydání). CRC Press. str. 4.58. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  5. ^ A b Chlorfluorid (ClF3) Archivováno 2013-10-29 na Wayback Machine ve společnosti Guidechem Chemical Network
  6. ^ Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. vydání). CRC Press. str. 4.132. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  7. ^ Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. vydání). CRC Press. str. 5.8. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  8. ^ „Chlortrifluorid“. Koncentrace bezprostředně nebezpečné pro život a zdraví (IDLH). Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  9. ^ Habuka, Hitoshi; Sukenobu, Takahiro; Koda, Hidejuki; Takeuchi, Takashi; Aihara, Masahiko (2004). „Rychlost leptání křemíkem pomocí trifluoridu chloru“. Journal of the Electrochemical Society. 151 (11): G783 – G787. doi:10.1149/1.1806391.
  10. ^ Xi, Ming a kol. (1997) US patent 5 849 092 „Proces čištění komory s chloridem trifluoridem“
  11. ^ Rada pro environmentální studia a toxikologii (BEST) (2006). Úrovně pokynů pro akutní expozici pro vybrané chemikálie přenášené vzduchem: svazek 5. Washington D.C .: National Academies Press. str. 40. ISBN  978-0-309-10358-9. (dostupný z Národní akademie Press Archivováno 07.11.2014 na Wayback Machineotevřený přístup)
  12. ^ Boyce, C. Bradford a Belter, Randolph K. (1998) Americký patent 6 034 016 „Metoda regenerace halogenovaných katalyzátorů na bázi Lewisových kyselin“
  13. ^ Otto Ruff, H. Krug (1930). „Über ein neues Chlorfluorid-CIF3". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 190 (1): 270–276. doi:10.1002 / zaac.19301900127.
  14. ^ Smith, D. F. (1953). „Mikrovlnné spektrum a struktura chlorfluoridu“. The Journal of Chemical Physics. 21 (4): 609–614. Bibcode:1953JChPh..21..609S. doi:10.1063/1.1698976. hdl:2027 / mdp. 39015095092865.
  15. ^ Scheibe, Benjamin; Karttunen, Antti J .; Müller, Ulrich; Kraus, Florian (5. října 2020). „Cs [Cl 3 F 10]: ve tvaru vrtule [Cl 3 F 10] - Anion ve zvláštním typu struktury A [5] B [5]“. Angewandte Chemie International Edition. 59 (41): 18116–18119. doi:10,1002 / anie.202007019.
  16. ^ A b C „Čištění komor CVD na místě“. Semiconductor International. 1. června 1999.[trvalý mrtvý odkaz ]
  17. ^ A b Clark, John D. (1972). Zapalování! Neformální historie kapalných raketových pohonných hmot. Rutgers University Press. str. 214. ISBN  978-0-8135-0725-5.
  18. ^ Müller, Benno (24. listopadu 2005). „Jedovatý dárek“. Příroda. Recenze: Kampfstoff-Forschung im Nationalsozialismus: Zur Kooperation von Kaiser-Wilhelm-Instituten, Militär und Industrie [Výzkum zbraní v národním socialismu] Florian Schmaltz (Wallstein, 2005, 676 stran). 438 (7067): 427. Bibcode:2005 Natur.438..427M. doi:10.1038 / 438427a.
  19. ^ "Německo 2004". www.bunkertours.co.uk.
  20. ^ Bezpečnostní program. Air Products
  21. ^ „Manuál pro manipulaci s chloridem fluórovaným. Canoga Park, Kalifornie: Rocketdyne. Září 1961. str. 24. Citováno 2012-09-19.
  22. ^ Patnaik, Pradyot (2007). Komplexní průvodce nebezpečnými vlastnostmi chemických látek (3. vyd.). Wiley-Interscience. str. 478. ISBN  978-0-471-71458-3.

Další čtení

externí odkazy

[1]