Dusíkatý fluorid - Nitrogen trifluoride

Dusíkatý fluorid

Jména
Název IUPAC Dusíkatý fluorid
Ostatní jména Fluorid dusitý Trifluoramin Trifluoramoniak
Identifikátory
Číslo CAS	7783-54-2 Y
3D model (JSmol )	Interaktivní obrázek
ChEBI	CHEBI: 30231 Y
ChemSpider	22959 Y
Informační karta ECHA	100.029.097
Číslo ES	232-007-1
Reference Gmelin	1551
PubChem CID	24553
Číslo RTECS	QX1925000
UNII	4402F4X0RH Y
UN číslo	2451
Řídicí panel CompTox (EPA)	DTXSID4040181
InChI InChI = 1S / F3N / c1-4 (2) 3 Y Klíč: GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N Y InChI = 1 / F3N / c1-4 (2) 3 Klíč: GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYAA
ÚSMĚVY FN (F) F
Vlastnosti
Chemický vzorec	NF3
Molární hmotnost	71,00 g / mol
Vzhled	bezbarvý plyn
Zápach	plesnivý
Hustota	3,003 kg / m3 (1 atm, 15 ° C) 1,885 g / cm3 (kapalina při b.p.)
Bod tání	-207,15 ° C (-340,87 ° F; 66,00 K)
Bod varu	−129,06 ° C (−200,31 ° F; 144,09 K)
Rozpustnost ve vodě	0,021 g / 100 ml
Tlak páry	44,0 atm[1](-38,5 ° F nebo -39,2 ° C nebo 234,0 K)[A]
Index lomu (nD)	1.0004
Struktura
Molekulární tvar	trigonální pyramidální
Dipólový moment	0,234 D
Termochemie
Tepelná kapacita (C)	53,26 J / (mol · K)
Std molární entropie (SÓ298)	260,3 J / (mol · K)
Std entalpie of formace (ΔFH⦵298)	-31,4 kJ / mol[2] -109 kJ / mol[3]
Gibbsova volná energie (ΔFG˚)	-84,4 kJ / mol
Nebezpečí
Bezpečnostní list	AirLiquide
NFPA 704 (ohnivý diamant)	0 1 0 VŮL
Bod vzplanutí	Nehořlavé
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
LC50 (střední koncentrace )	2000 ppm (myš, 4h ) 9600 ppm (pes, 1 h) 7500 ppm (opice, 1 h) 6700 ppm (krysa, 1 h) 7500 ppm (myš, 1 h)[5]
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)	PEL 10 ppm (29 mg / m3)[4]
REL (Doporučeno)	PEL 10 ppm (29 mg / m3)[4]
IDLH (Okamžité nebezpečí)	1000 ppm[4]
Související sloučeniny
jiný anionty	chlorid dusitý bromid dusíku trijodid dusíku amoniak
jiný kationty	fluorid fosforitý trifluorid arsenitý fluorid antimonitý fluorid bismutitý
Související binární fluoro-azany	tetrafluorhydrazin
Související sloučeniny	dinitrogen difluorid
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Y ověřit (co je YN ?)
Reference Infoboxu

Dusíkatý fluorid je anorganická sloučenina s vzorec NF₃.Tento dusík -fluor sloučenina je bezbarvý, nehořlavý plyn se slabě zatuchlým zápachem. Nalezne stále větší využití jako leptadlo v mikroelektronika.Trifluorid dusíku je extrémně silný skleníkový plyn.

Syntéza a reaktivita

Nitrifluorid dusíku je vzácným příkladem binárního fluoridu, který lze připravit přímo z prvků pouze za velmi neobvyklých podmínek, jako je elektrický výboj.^[6] Po prvním pokusu o syntézu v roce 1903 Otto Ruff připravený trifluorid dusíku elektrolýzou roztavené směsi fluorid amonný a fluorovodík.^[7] Ukázalo se, že je mnohem méně reaktivní než ostatní trihalogenidy dusíku chlorid dusitý, bromid dusíku a trijodid dusíku, které jsou všechny výbušné. Osamocený mezi trihalogenidy dusíku má negativní entalpii tvorby. Dnes se připravuje jak přímou reakcí amoniaku a fluoru, tak variací Ruffovy metody.^[8] Dodává se v tlakových lahvích.

Reakce

NF₃ je slabě rozpustný ve vodě bez chemické reakce. Je to základní, s minimem dipólový moment Naproti tomu amoniak je zásaditý a vysoce polární (1,47 D).^[9] Tento rozdíl vyplývá z atomů fluoru působících jako skupiny přitahující elektrony, přitahující v podstatě všechny elektrony osamělého páru na atomu dusíku. NF₃ je silný, ale pomalý oxidant.

Oxiduje chlorovodík na chlor:

2 NF₃ + 6 HCl → 6 HF + N₂ + 3 Cl₂

Převádí se na tetrafluorhydrazin při kontaktu s kovy, ale pouze při vysokých teplotách:

2 NF₃ + Cu → N₂F₄ + CuF₂

NF₃ reaguje s fluorem a pentafluorid antimonitý dát tetrafluoramonium sůl:

NF₃ + F₂ + SbF₅ → NF⁺
₄SbF⁻
₆

Aplikace

Fluorid dusitý se používá v plazmové leptání křemíkových destiček. V současné době se fluorid dusitý převážně používá při čištění PECVD komory ve velkoobjemové výrobě displejů z tekutých krystalů a tenkovrstvých solárních článků na bázi křemíku. V těchto aplikacích NF₃ je zpočátku rozdělen in situ plazmou. Výsledný fluor atomy jsou aktivní čisticí prostředky, které útočí na polykrystalický křemík, nitrid křemíku a oxid křemičitý. Rovněž lze použít fluorid dusitý wolfram silicid, a wolfram produkovaný CVD. NF₃ byl považován za ekologicky výhodnější náhražku fluorid sírový nebo perfluorované uhlovodíky jako hexafluorethan.^[10]Využití procesu použitých chemikálií plazmové procesy je obvykle pod 20%. Proto některé z PFC a také některé z NF₃ vždy uniknout do atmosféry. Moderní systémy na snižování emisí plynu mohou tyto emise snížit.

F₂ plyn (diatomic fluor ) byl zaveden jako a klimaticky neutrální náhrada za fluorid dusitý při výrobě plochých displejů a tenkovrstvých solárních článků.^[11]

Nitrifluorid se také používá v lasery na bázi fluorovodíku a fluoridu deuteria, což jsou typy chemické lasery. Je upřednostňován před plynným fluorem kvůli jeho pohodlným manipulačním vlastnostem, odrážejícím jeho značnou stabilitu.

Je kompatibilní s ocelí a Monel, stejně jako několik plastů.

Skleníkový plyn

Růst atmosférické koncentrace NF₃ od 90. let je uveden v pravém grafu spolu s podmnožinou podobných umělých plynů. Všimněte si měřítka protokolu.

NF
₃ je skleníkový plyn, s potenciál globálního oteplování (GWP) 17 200krát větší než u CO
₂ při srovnání za období 100 let.^[12][13][14] Jeho GWP jej umístilo na druhém místě SF
₆ ve skupině Kjóto uznáno skleníkové plyny a NF
₃ byla do tohoto seskupení zahrnuta s účinností od roku 2013 a od zahájení druhého závazkového období Kjótského protokolu. Má odhad atmosférická životnost 740 let,^[12] ačkoli jiné práce naznačují o něco kratší životnost 550 let (a odpovídající GWP 16 800).^[15]

Ačkoli NF
₃ má vysoký GWP, po dlouhou dobu jeho radiační působení v Atmosféra Země Předpokládá se, že je malý, a tak podvodně předpokládá, že do atmosféry se uvolňuje pouze malé množství. Průmyslové aplikace NF
₃ rutinně jej rozebrat, zatímco v minulosti se dříve používaly regulované sloučeniny jako např SF
₆ a PFC byli často propuštěni. Výzkum zpochybnil předchozí předpoklady. Velkoobjemové aplikace, jako je DOUŠEK výroba počítačové paměti, výroba ploché displeje a velkovýroba tenkovrstvé solární články použití NF
₃.^[15][16]

Timeseries trifluorid dusíku v různých zeměpisných šířkách.

Od roku 1992, kdy bylo vyrobeno méně než 100 tun, produkce v roce 2007 vzrostla na odhadovaných 4 000 tun a předpokládá se, že významně vzroste.^[15] Světová produkce NF₃ Očekává se, že do roku 2010 dosáhne 8 000 tun ročně. Zdaleka největší světový producent NF
₃ jsou USA průmyslový plyn a chemická společnost Air Products & Chemicals. Odhaduje se, že 2% vyrobené NF
₃ se uvolňuje do atmosféry.^[17][18] Robson předpokládal, že maximální atmosférická koncentrace je nižší než 0,16 dílů na bilion (ppt) objemu, což poskytne méně než 0,001 Wm⁻² vynucení IR.^[19]Průměrná globální troposférická koncentrace NF₃ vzrostl z přibližně 0,02 ppt (části na bilion, molární frakce suchého vzduchu) v roce 1980 na 0,86 ppt v roce 2011, s tempem nárůstu 0,095 ppt za rok⁻¹, nebo přibližně 11% ročně, a interhemisférický gradient, který odpovídá očekáváním emisí vyskytujících se převážně na severní polokouli. Toto tempo růstu v roce 2011 odpovídá přibližně 1200 metrickým tunám / rok NF₃ celosvětové emise, tedy asi 10% NF₃ globální odhady produkce. Jedná se o výrazně vyšší procento, než odhadovalo odvětví, a posiluje se tak důvod pro inventarizaci NF₃ výrobu a regulaci jejích emisí.^[20]Jedna studie spoluautorem zástupců průmyslu naznačuje, že příspěvek NF₃ emise celkově skleníkový plyn rozpočet výroby tenkovrstvých Si-solárních článků je nadhodnocen. Místo toho příspěvek trifluoridu dusíku k CO₂- rozpočet výroby tenkovrstvých solárních článků je kompenzován již během několika měsíců CO₂ úsporný potenciál FV technologie.^[21]

The UNFCCC v rámci Kjótského protokolu se rozhodl zařadit do druhého také fluorid dusitý Kjótský protokol období shody, které začíná v roce 2012 a končí v roce 2017 nebo 2020. V návaznosti na to protokol WBCSD / WRI GHG mění všechny své standardy (podnikové, produktové a obor 3) tak, aby zahrnovaly i NF₃.^[22]

Bezpečnost

Kontakt s pokožkou NF
₃ není nebezpečný a je relativně méně dráždivý sliznice a oči. Jedná se o plicní dráždidlo s a toxicita podstatně nižší než oxidy dusíku Přeexponování vdechováním způsobí přeměnu hemoglobin v krvi methemoglobin, což může vést ke stavu methemoglobinemie.^[23] The Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH) určuje, že koncentrace, která je bezprostředně nebezpečná pro život nebo zdraví (hodnota IDLH), je 1 000 ppm.^[24]

Viz také

• Pentafluorid dusíku
• Tetrafluorohydrazin

Poznámky

Reference

externí odkazy

• Národní seznam znečišťujících látek - přehled fluoridů a sloučenin na Wayback Machine (archivováno 22. prosince 2003)
• Stránka WebBook pro NF₃
• Kapesní průvodce chemickými riziky CDC - NIOSH