дифторид ксенона
 | |
 | |
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| ИЮПАК имена дифторид ксенона фторид ксенона(II) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.033.850 |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Ф 2 Хе | |
| Молярная масса | 169.290 g·mol −1 |
| Появление | Белый твердый |
| Плотность | 4,32 г/см 3 , твердый |
| Температура плавления | 128,6 ° С (263,5 ° F; 401,8 К) [2] |
| 25 г/л (0 °С) | |
| Давление пара | 6.0 × 10 2 Хорошо [1] |
| Структура | |
| параллельный линейный XeF 2 шт. | |
| Линейный | |
| 0 Д | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 254 Дж·моль −1 ·К −1 [3] |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −108 кДж·моль −1 [3] |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Разъедает открытые ткани. Выделяет токсичные соединения при контакте с влагой. [5] |
| СГС Маркировка : | |
   | |
| Опасность | |
| Х272 , Х301 , Х314 , Х330 | |
| P210 , P220 , P221 , P260 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301+P310+P330 , P303+P361+P353 , P304+P340+P310 , P305+P351+P338 , P331 , П363 , П370+П378 , П403+П233 , П405 , П501 [4] | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Паспорт безопасности (SDS) | ПЕЛХЕМ Паспорт безопасности материалов |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | дихлорид ксенона дибромид ксенона |
Другие катионы | Криптона дифторид Дифторид радона |
Родственные соединения | Тетрафторид ксенона Гексафторид ксенона |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Дифторид ксенона — мощный фторирующий агент с химической формулой XeF.
2 , и одно из наиболее стабильных соединений ксенона . Как и большинство ковалентных неорганических фторидов, он чувствителен к влаге. Он разлагается при контакте с водяным паром , но в остальном стабилен при хранении. Дифторид ксенона представляет собой плотное бесцветное кристаллическое вещество.
Он имеет тошнотворный запах и низкое давление пара . [6]
Структура
[ редактировать ]Дифторид ксенона представляет собой линейную молекулу с длиной связи Xe–F 197,73 ± 0,15 пм в паровой стадии и 200 пм в твердой фазе. Упаковка в твердом XeF
2 видно, что атомы фтора соседних молекул избегают экваториальной области каждого XeF
2 молекула. Это согласуется с предсказанием теории VSEPR , которая предсказывает, что вокруг экваториальной области атома ксенона имеется 3 пары несвязывающих электронов. [1]
При высоких давлениях могут быть получены новые немолекулярные формы дифторида ксенона. Под давлением ~ ГПа XeF 50
2 превращается в полупроводник, состоящий из XeF
4 единицы связаны в двумерную структуру, подобную графиту . При еще более высоких давлениях, выше 70 ГПа, он становится металлическим, образуя трехмерную структуру, содержащую XeF.
8 единиц. [7] Однако недавнее теоретическое исследование поставило под сомнение эти экспериментальные результаты. [8]
Связи Xe–F слабые. XeF 2 имеет общую энергию связи 267,8 кДж/моль (64,0 ккал/моль), при этом энергия первой и второй связи составляет 184,1 кДж/моль (44,0 ккал/моль) и 83,68 кДж/моль (20,00 ккал/моль) соответственно. Однако XeF 2 гораздо более устойчив, чем KrF 2 , общая энергия связи которого составляет всего 92,05 кДж/моль (22,00 ккал/моль). [9]
Химия
[ редактировать ]Синтез
[ редактировать ]Синтез протекает по простой реакции:
- Хе + F 2 → XeF 2
Реакция требует нагрева, облучения или электрического разряда. Продукт твердый. Его очищают фракционной перегонкой или селективной конденсацией с использованием вакуумной линии. [10]
Первое опубликованное сообщение о XeF 2 было опубликовано Черником и др. в октябре 1962 года. [11] Однако, хотя и опубликовано позднее, [12] XeF 2 , вероятно, был впервые создан Рудольфом Хоппе в Мюнстерском университете , Германия, в начале 1962 года путем реакции газовых смесей фтора и ксенона в электрическом разряде. [13] Вскоре после этих отчетов Уикс, Черник и Мэтисон из Аргоннской национальной лаборатории сообщили о синтезе XeF 2 с использованием полностью никелевой системы с прозрачными окнами из оксида алюминия , в которой равные части газов ксенона и фтора реагируют при низком давлении при облучении источником . ультрафиолета дать XeF 2 . [14] Уильямсон сообщил, что реакция работает одинаково хорошо при атмосферном давлении в сухой колбе из пирекса , используя солнечный свет в качестве источника. Было отмечено, что синтез работал даже в пасмурные дни. [15]
В предыдущих синтезах газообразный реагент фтор был очищен от фторида водорода . Шмальц и Лутар обнаружили, что если этот этап пропустить, скорость реакции увеличится в четыре раза по сравнению с первоначальной скоростью. [16]
В 1965 году он также был синтезирован путем реакции газообразного ксенона с дифторидом кислорода . [17]
Растворимость
[ редактировать ]XeF
2 растворим в таких растворителях, как BrF.
5 , БрФ
3 , ЕСЛИ
5 , безводный фторид водорода и ацетонитрил , без восстановления и окисления. Растворимость во фтористом водороде высокая: 167 г на 100 г HF при 29,95 °C. [1]
Производные соединения ксенона
[ редактировать ]Другие соединения ксенона могут быть получены из дифторида ксенона. Нестабильное ксенонорганическое соединение Xe(CF
3 )
2 можно получить путем облучения гексафторэтана для получения CF. •
3 радикала и пропускание газа через XeF
2 . Полученное воскообразное белое твердое вещество полностью разлагается в течение 4 часов при комнатной температуре. [18]
XeF + катион образуется путем объединения дифторида ксенона с сильным акцептором фторида, таким как избыток жидкого пентафторида сурьмы ( SbF
5 ):
- XeF
2 + СбФ
5 → ХеФ +
+ СбФ −
6
Добавление газообразного ксенона к этому бледно-желтому раствору под давлением 2–3 атмосферы дает зеленый раствор, содержащий парамагнитный ксенон. +
2 иона, [19] который содержит связь Xe-Xe: («apf» обозначает раствор в жидком SbF
5 )
- 3 Хе (г) + XeF +
(апф) + СбФ
5 (л) ⇌ 2 Хе +
2 (апф) + СбФ −
6 (апф)
Эта реакция обратима; удаление газообразного ксенона из раствора приводит к образованию Xe +
2 иона для превращения в газообразный ксенон и XeF +
, и цвет раствора возвращается к бледно-желтому. [20]
В присутствии жидкого HF из зеленого раствора при -30 °C могут выпадать темно-зеленые кристаллы:
- Машина +
2 (апф) + 4 СбФ −
6 (апф) → Автомобиль +
2 сбн
4 Ф −
21 (с) + 3 Ж −
(апф)
Рентгеновская кристаллография показывает, что длина связи Xe-Xe в этом соединении составляет 309 пм , что указывает на очень слабую связь. [18] Ксе +
2 Ион изоэлектронен I иону −
2 ион, который также темно-зеленый. [21] [22]
Координационная химия
[ редактировать ]Связь в молекуле XeF 2 хорошо описывается моделью трехцентровой четырехэлектронной связи .
XeF 2 может выступать лигандом в координационных комплексах металлов. [1] Например, в растворе HF:
- Mg(AsF 6 ) 2 + 4 XeF 2 → [Mg(XeF 2 ) 4 ](AsF 6 ) 2
Кристаллографический анализ показывает, что атом магния координирован с 6 атомами фтора. Четыре атома фтора относятся к четырем дифторидным лигандам ксенона, а два других представляют собой пару цис - AsF. −
6 лигандов. [23]
Аналогичная реакция:
- Mg(AsF 6 ) 2 + 2 XeF 2 → [Mg(XeF 2 ) 2 ](AsF 6 ) 2
В кристаллической структуре этого продукта атом магния октаэдрически координирован , лиганды XeF 2 аксиальны, а атом AsF −
6 лигандов являются экваториальными.
Многие такие реакции с продуктами вида [M х (XeF 2 ) n ](AF 6 ) x , где M может быть кальцием , стронцием , барием , свинцом , серебром , лантаном или неодимом , а A может быть мышьяком , сурьмой или фосфором .
результаты синтеза сольвата, в котором часть катионных центров координирована исключительно атомами фтора XeF 2 . В 2004 г. были опубликованы [24] Реакцию можно записать так:
- 2 Ca(AsF 6 ) 2 + 9 XeF 2 → Ca 2 (XeF 2 ) 9 (AsF 6 ) 4 .
Для этой реакции требуется большой избыток дифторида ксенона. Строение соли таково, что половина Ca 2+ ионы координируются атомами фтора из дифторида ксенона, а остальные ионы Ca 2+ ионы координируются как XeF 2 , так и AsF −
6 .
Приложения
[ редактировать ]В качестве фторирующего агента
[ редактировать ]Дифторид ксенона является сильным фторирующим и окислительным агентом. [25] [26] С акцепторами ионов фтора образует XeF. +
и Ксе
22F +
3 вида, которые являются еще более мощными фтораторами. [1]
Среди реакций фторирования, которым подвергается дифторид ксенона, можно выделить:
- Окислительное фторирование :
- Ph 3 TeF + XeF 2 → Ph 3 TeF 3 + Xe
- Восстановительное фторирование :
- 2 CrO 2 F 2 + XeF 2 → 2 CrOF 3 + Xe +O 2
- Ароматическое фторирование :
- Фторирование алкенов :
- Радикальное фторирование в реакциях радикального декарбоксилативного фторирования. [27] в реакциях типа Хунсдикера , где дифторид ксенона используется для образования промежуточного радикального продукта, а также в качестве источника переноса фтора, [28] и при образовании арильных радикалов из арилсиланов: [29]
XeF
2 избирательно выбирает, какой атом он фторирует, что делает его полезным реагентом для фторирования гетероатомов, не затрагивая другие заместители в органических соединениях. Например, он фторирует атом мышьяка в триметиларсине , но оставляет нетронутыми метильные группы : [30]
- (CH
3 )
3As + XeF
2 → (СН
3 )
33АсФ
2 + Транспортные средства
XeF 2 аналогичным образом можно использовать для получения солей N -фтораммония, полезных в качестве реагентов для переноса фтора в органическом синтезе (например, Selectfluor ), из соответствующего третичного амина: [31]
- [R– (CH 2 CH 2 ) 3 N : ][ BF −
4 ] + XeF 2 + NaBF 4 → [R– (CH 2 CH 2 ) 3 –F][ BF −
4 ] 2 + NaF + Xe
XeF
2 также будет окислительно декарбоксилировать карбоновые кислоты до соответствующих фторалканов : [32] [33]
- RCOOH + XeF 2 → RF + CO 2 + Xe + HF
тетрафторид кремния Было обнаружено, что действует как катализатор при фторировании XeF.
2 . [34]
В качестве травителя
[ редактировать ]Дифторид ксенона также используется в качестве изотропного газообразного травителя кремния , особенно в производстве микроэлектромеханических систем (МЭМС), как впервые было продемонстрировано в 1995 году. [35] В коммерческих системах используется импульсное травление с расширительной камерой. [36] Браззл, Докмечи и др. опишите этот процесс: [37]
Механизм травления следующий. Во-первых, XeF 2 адсорбируется и диссоциирует на атомах ксенона и фтора на поверхности кремния. Фтор является основным травителем в процессе травления кремния. Реакция, описывающая кремний с XeF 2 , имеет вид
- 2 XeF 2 + Si → 2 Xe + SiF 4
XeF 2 имеет относительно высокую скорость травления и не требует ионной бомбардировки или внешних источников энергии для травления кремния.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Мелита Трамшек; Борис Жемва (2006). «Синтез, свойства и химия фторида ксенона (II)» (PDF) . Акта Хим. Слав . 53 (2): 105–116. дои : 10.1002/chin.200721209 .
- ^ Хиндерманн, Д.К., Фальконер, МЫ (1969). «Магнитное экранирование 19F в XeF2». Дж. Хим. Физ. 50 (3): 1203. Бибкод : 1969JChPh..50.1203H . дои : 10.1063/1.1671178 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Хоутон Миффлин. п. А23. ISBN 978-0-618-94690-7 .
- ^ «Сигма Олдрич Ксенон Дифторид SDS» . Сигма Олдрич . Милпор Сигма . Проверено 2 ноября 2022 г.
- ^ «Паспорт безопасности: дифторид ксенона» (PDF) . BOC-газы . Проверено 1 июня 2010 г.
- ^ Джеймс Л. Уикс; Макс С. Мэтисон (1966). «Дифторид ксенона». Неорганические синтезы . Том. 8. С. 260–264. дои : 10.1002/9780470132395.ch69 . ISBN 9780470132395 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Ким, М.; Дебессай, М.; Йо, CS (2010). «Двух- и трехмерные протяженные тела и металлизация сжатого XeF2». Природная химия . 2 (9): 784–788. Бибкод : 2010НатЧ...2..784К . дои : 10.1038/nchem.724 . ПМИД 20729901 .
- ^ Куржидловский, Д.; Залески-Эйгерд, П.; Грочала, В.; Хоффманн, Р. (2011). «Замораживание в резонансных структурах для лучшей упаковки: XeF2 становится (XeF+)(F-) при большом сжатии». Неорганическая химия . 50 (8): 3832–3840. дои : 10.1021/ic200371a . ПМИД 21438503 .
- ^ Кокетт, АХ; Смит, КК; Бартлетт, Нил (2013). Химия одноатомных газов . Пергамские тексты в неорганической химии. Сент-Луис, Миссури: Elsevier Science. ISBN 9781483157368 . OCLC 953379200 .
- ^ Тиус, Массачусетс (1995). «Дифторид ксенона в синтезе». Тетраэдр . 51 (24): 6605–6634. дои : 10.1016/0040-4020(95)00362-C .
- ^ Черник, К.Л. и Клаассен, Х.Х., и Филдс, П.Р., и Хайман, Х.Х., и Мальм, Дж.Г., и Мэннинг, У.М., и Мэтисон, М.С., и Квартерман, Л.А., и Шрайнер, Ф. и Селиг, Х.Х.; и др. (1962). «Фторсодержащие соединения ксенона и радона». Наука . 138 (3537): 136–138. Бибкод : 1962Sci...138..136C . дои : 10.1126/science.138.3537.136 . ПМИД 17818399 . S2CID 10330125 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Хоппе, Р.; Даэне, В.; Маттаух, Х.; Роддер, К. (1962). «Фторирование ксенона». Энджью. хим. Межд. Эд. англ. 1 (11): 599. дои : 10.1002/anie.196205992 .
- ^ Хоппе, Р. (1964). «Die Valenzverbindungen der Edelgase». Ангеванде Хеми . 76 (11): 455. Бибкод : 1964АнгЧ..76..455Х . дои : 10.1002/ange.19640761103 . Первый обзор на эту тему пионера ковалентных соединений благородных газов.
- ^ Уикс, Дж.; Мэтисон, М.; Черник, К. (1962). «Фотохимическое получение дифторида ксенона». Фотохимическое получение дифторида ксенона». J. Am. Chem. Soc. 84 (23): 4612–4613. doi : 10.1021/ja00882a063 .
- ^ Уильямсон, Стэнли М.; Сладкий, Фридрих О.; Бартлетт, Нил (1968). «Дифторид ксенона». Неорганические синтезы . Том. 11. С. 147–151. дои : 10.1002/9780470132425.ch31 . ISBN 9780470132425 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Шмальц, Андрей; Лутар, Карел; Кинкед, Скотт А. (2007). «Ксенон Дифторид (Модификация)». Неорганические синтезы . Том. 29. стр. 1–4. дои : 10.1002/9780470132609.ch1 . ISBN 9780470132609 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Морроу, С.И.; Янг, Арканзас (1965). «Реакция ксенона с дифторидом дикислорода. Новый метод синтеза дифторида ксенона». Неорганическая химия . 4 (5): 759–760. дои : 10.1021/ic50027a038 .
- ^ Перейти обратно: а б Хардинг, Чарли; Джонсон, Дэвид Артур; Джейнс, Роб (2002). Элементы p блока . Королевское химическое общество, Открытый университет. ISBN 978-0-85404-690-4 .
- ^ Браун, доктор медицинских наук; Клегг, MJ; Даунс, Эй Джей; Фаулер, Р.К.; Минихан, Арканзас; Норрис-младший; Штейн, Л. . (1992). «Катион диксенона (1+): образование в конденсированных фазах и характеристика методами ЭПР, УФ-видимой и рамановской спектроскопии». Неорганическая химия . 31 (24): 5041–5052. дои : 10.1021/ic00050a023 .
- ^ Штейн, Л.; Хендерсон, WW (1980). «Получение катиона диксенона обратимым окислением ксенона». Журнал Американского химического общества . 102 (8): 2856–2857. дои : 10.1021/ja00528a065 .
- ^ Маккей, Кеннет Малкольм; Маккей, Розмари Энн; Хендерсон, В. (2002). Введение в современную неорганическую химию (6-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN 978-0-7487-6420-4 .
- ^ Эгон Виберг; Нильс Виберг; Арнольд Фредерик Холлеман (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. стр. 422. ISBN 978-0-12-352651-9 .
- ^ Трамшек, М.; Бенкич, П.; Жемва, Б. (2004). «Первые соединения магния с XeF 2 ». Неорг. хим. 43 (2): 699–703. дои : 10.1021/ic034826o . ПМИД 14731032 .
- ^ Трамшек, М.; Бенкич, П.; Жемва, Б. (2004). «Первое соединение, содержащее металлцентр в гомолептическом окружении молекул XeF 2 » . Angewandte Chemie, международное издание . 43 (26): 3456–8. дои : 10.1002/anie.200453802 . ПМИД 15221838 .
- ^ Халпем, Д.Ф. (2004). «Ксенон(II) Фторид». В Пакетте, Л. (ред.). Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Дж. Уайли и сыновья.
- ^ Тейлор, С.; Которис, К.; Хум, Г. (1999). «Последние достижения в области электрофильного фторирования». Тетраэдр . 55 (43): 12431–12477. дои : 10.1016/S0040-4020(99)00748-6 .
- ^ Тиус, Массачусетс (1995). «Дифторид ксенона в синтезе». Тетраэдр . 51 (24): 6605–6634. дои : 10.1016/0040-4020(95)00362-C .
- ^ Патрик, ТБ; Дарлинг, Д.Л. (1986). «Фторирование активированных ароматических систем фтороксисульфатом цезия». Дж. Орг. Хим . 51 (16): 3242–3244. дои : 10.1021/jo00366a044 .
- ^ Лотиан, AP; Рамсден, Калифорния (1993). «Быстрое фтордесилирование арилтриметилсиланов с использованием дифторида ксенона: новый эффективный путь к ароматическим фторидам». Синлетт . 1993 (10): 753–755. дои : 10.1055/s-1993-22596 . S2CID 196734038 .
- ^ В. Хендерсон (2000). Основная группа химии . Великобритания: Королевское химическое общество. п. 150 . ISBN 978-0-85404-617-1 .
- ^ Шунатона, Хантер П.; Фрю, Наталья; Ван, И-Мин; Раунияр, Вивек; Тосте, Ф. Дин (22 июля 2013 г.). «Энантиоселективное фтораминирование: 1,4-присоединение к сопряженным диенам с использованием анионного катализа фазового переноса» . Angewandte Chemie, международное издание . 52 (30): 7724–7727. дои : 10.1002/anie.201302002 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 23766145 .
- ^ Патрик, Тимоти Б.; Джохри, Камалеш К.; Уайт, Дэвид Х.; Бертран, Уильям С.; Мохтар, Родзия; Килборн, Майкл Р.; Уэлч, Майкл Дж. (1986). «Замена функции карбоновой кислоты фтором». Может. Дж. Хим. 64 : 138–141. дои : 10.1139/v86-024 .
- ^ Гракаускас, Витаутас (1969). «Водное фторирование солей карбоновых кислот». Дж. Орг. хим. 34 (8): 2446–2450. дои : 10.1021/jo01260a040 .
- ^ Тамура Масанори; Шибаками Мотонари; Куан Секия Акира (1998). «Фторирование олефинов дифторидом кремния». Фуссо Кагаку Коэн Йошишу на японском языке) . ( : F0135B код доступа: 99A0711841.
- ^ Чанг, Ф.; Да, Р.; Г., Лин; Чу, П.; Хоффман, Э.; Круглик, Э.; Пистер, К.; Хехт, М. (1995). «Газофазная микрообработка кремния дифторидом ксенона». В Бейли, Уэйн; Мотамеди, М. Эдвард; Ло, Фан-Чен (ред.). Микроэлектронные структуры и микроэлектромеханические устройства для оптической обработки и мультимедийных приложений . Том. 2641. стр. 117–128. Бибкод : 1995SPIE.2641..117C . дои : 10.1117/12.220933 . S2CID 39522253 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Чу, П.; Чен, Дж.; Чу, П.; Лин, Г.; Хуанг, Дж.; Варнеке, Б; Пистер, К. (1997). Контролируемое импульсное травление дифторидом ксенона . Межд. Конф. Твердотельные датчики и исполнительные механизмы (преобразователи 97). стр. 665–668.
- ^ Браззл, Джей Ди; Докмечи, MR; Мастранжело, Швейцария (2004). «Моделирование и характеристика жертвенного травления поликремния с использованием газофазного дифторида ксенона». 17-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам. Технический дайджест Маастрихтского MEMS 2004 . 17-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS). стр. 737–740. дои : 10.1109/MEMS.2004.1290690 . ISBN 0-7803-8265-Х .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гринвуд, Норман Нил; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 894 . ISBN 978-0-7506-3365-9 .