Трифторид азота
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Трифторид азота | |
| Другие имена фторид азота Трифторамин Трифтораммиак | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.029.097 |
| Номер ЕС |
|
| 1551 | |
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 2451 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| НФ 3 | |
| Молярная масса | 71.00 g/mol |
| Появление | бесцветный газ |
| Запах | заплесневелый |
| Плотность | 3003 кг/м 3 (1 атм, 15 °С) 1,885 г/см 3 (жидкость при температуре BP) |
| Температура плавления | -207,15 ° C (-340,87 ° F; 66,00 К) |
| Точка кипения | -129,06 ° C (-200,31 ° F; 144,09 К) |
| 0,021 г/100 мл | |
| Давление пара | 44,0 атм. [1] (-38,5 ° F или -39,2 ° C или 234,0 К) [а] |
Показатель преломления ( n D ) | 1.0004 |
| Структура | |
| тригонально-пирамидальный | |
| 0,234 Д | |
| Термохимия | |
Теплоемкость ( С ) | 53,26 Дж/(моль·К) |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 260,3 Дж/(моль·К) |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −31,4 ккал/моль [2] −109 кДж/моль [3] |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | −84,4 кДж/моль |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
| Х270 , Х280 , Х332 | |
| П220 , П244 , П260 , П304+П340 , П315 , П370+П376 , П403 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛК 50 ( средняя концентрация ) | 2000 частей на миллион (мышь, 4 часа ) 9600 частей на миллион (собака, 1 час) 7500 частей на миллион (обезьяна, 1 час) 6700 ppm (крыса, 1 ч) 7500 частей на миллион (мышь, 1 час) [5] |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
МЕХ (Допускается) | СВВ 10 частей на миллион (29 мг/м 3 ) [4] |
РЕЛ (рекомендуется) | СВВ 10 частей на миллион (29 мг/м 3 ) [4] |
IDLH (Непосредственная опасность) | 1000 частей на миллион [4] |
| Паспорт безопасности (SDS) | ЭйрЖидкость |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | трихлорид азота трибромид азота азотные триоды аммиак |
Другие катионы | трифторид фосфора трифторид мышьяка трифторид сурьмы трифторид висмута |
Родственные бинарные фторазаны | тетрафторгидразин |
Родственные соединения | дифторид азота |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Трифторид азота представляет собой неорганическое соединение формулы ( NF
3 ). Это бесцветный, негорючий , токсичный газ со слегка затхлым запахом. В отличие от аммиака он неосновный. Он находит все более широкое применение в производстве плоских дисплеев , фотогальваники , светодиодов и другой микроэлектроники . [6] НФ
3 — парниковый газ , потенциал глобального потепления (ПГП) которого в 17 200 раз превышает потенциал CO.
2 при сравнении за 100-летний период. [7] [8] [9]
Синтез и реакционная способность
[ редактировать ]Трифторид азота можно получить из элементов при наличии электрического разряда. [10] В 1903 году Отто Рафф получил трифторид азота электролизом расплавленной смеси фторида аммония и фторида водорода . [11] Он гораздо менее реакционноспособен, чем другие тригалогениды азота: трихлорид азота , трибромид азота и трийодид азота , которые взрывоопасны. Единственный среди тригалогенидов азота он имеет отрицательную энтальпию образования . В наше время его готовят как прямой реакцией аммиака и фтора, так и разновидностью метода Раффа. [6] Поставляется в баллонах под давлением.
НФ
3 мало растворим в воде, не вступая в химическую реакцию. Он неосновный с низким дипольным моментом 0,2340 Д. Напротив, аммиак является основным и высокополярным (1,47 Д). [12] Этот контраст отражает разную электроотрицательность H и F.
Подобно дикислороду , NF 3 является мощным, но вялым окислителем. [6] Окисляет хлористый водород до хлора: [ нужна ссылка ]
- 2 NF 3 + 6 HCl → 6 HF + N 2 + 3 Cl 2
Однако он разрушает (взрывоопасно) органические соединения только при высоких температурах. Следовательно, в стандартных условиях он совместим с некоторыми пластиками, а также со сталью и монелем . [6]
При температуре выше 200–300 °С NF 3 реагирует с металлами, углеродом и другими реагентами с образованием тетрафторгидразина : [13]
- 2NF 3 + Cu → N 2 F 4 + CuF 2
NF 3 реагирует с фтором и пентафторидом сурьмы с образованием тетрафтораммониевой соли: [6]
- НФ 3 + Ф 2 + СбФ 5 → НФ +
4 СбФ −
6
NF 3 и B 2 H 6 бурно реагируют даже при криогенных температурах с образованием газообразного азота , трифторида бора и плавиковой кислоты . [14]
Приложения
[ редактировать ] крупносерийных приложениях, таких как производство компьютерной памяти DRAM , производство плоских дисплеев и крупномасштабное производство тонкопленочных солнечных элементов. используется в NF
3 . [15] [16]
Офорт
[ редактировать ]Трифторид азота в основном используется для удаления кремния и соединений кремния при производстве полупроводниковых устройств, таких как ЖК-дисплеи , некоторые тонкопленочные солнечные элементы и другая микроэлектроника. В этих приложениях NF
3 первоначально расщепляется в плазме . Образующиеся радикалы фтора являются активными агентами, атакующими поликремний , нитрид кремния и оксид кремния . Их также можно использовать для удаления силицида вольфрама , вольфрама и некоторых других металлов. Помимо использования в качестве травителя при изготовлении устройств, NF
3 также широко используется для очистки PECVD камер .
НФ
3 диссоциирует легче при разряде низкого давления по сравнению с перфторированными соединениями (ПФУ) и гексафторидом серы ( SF
6 ). Большее количество генерируемых таким образом отрицательно заряженных свободных радикалов может привести к более высокой скорости удаления кремния и обеспечить другие технологические преимущества, такие как меньшее остаточное загрязнение и более низкое суммарное зарядовое напряжение на изготавливаемом устройстве. Как несколько более потребляемый травильный и чистящий агент, NF 3 также рекламируется как экологически предпочтительный заменитель SF.
6 или ПФУ, такие как гексафторэтан . [17]
Эффективность использования химикатов, применяемых в плазменных процессах, широко варьируется в зависимости от оборудования и приложений. Значительная часть реагентов выбрасывается в поток выхлопных газов и в конечном итоге может быть выброшена в атмосферу Земли. Современные системы снижения выбросов могут существенно снизить выбросы в атмосферу. [18] НФ
3 не подвергался существенным ограничениям на использование. Годовая отчетность НФ
3 Производство, потребление и выбросы отходов крупными производителями были необходимы во многих промышленно развитых странах в качестве реакции на наблюдаемый рост атмосферы и международный Киотский протокол . [19]
Высокотоксичный газообразный фтор (F 2 , двухатомный фтор ) является климатически нейтральной заменой трифторида азота в некоторых производственных приложениях. Это требует более строгого обращения и мер безопасности, особенно для защиты производственного персонала. [20]
Трифторид азота также используется в лазерах на фториде водорода и фториде дейтерия , которые относятся к типам химических лазеров . Там также предпочтительнее газообразный фтор из-за его более удобных в обращении свойств.
Парниковый газ
[ редактировать ]
ПГП NF
3 уступает только SF
6 место в группе парниковых газов, признанных Киотским протоколом , и NF
3 был включен в эту группу с 2013 года, с началом второго периода действия обязательств Киотского протокола. По оценкам, его время жизни в атмосфере составляет 740 лет. [7] хотя другие работы предполагают немного более короткий срок службы — 550 лет (и соответствующий ПГП — 16 800). [15]
С 1992 года, когда было произведено менее 100 тонн, производство выросло примерно до 4000 тонн в 2007 году и, по прогнозам, значительно увеличится. [15] мировое производство NF 3 Ожидается, что к 2010 году достигнет 8000 тонн в год. На сегодняшний день это крупнейший в мире производитель NF.
3 — американская промышленная газовая и химическая компания Air Products & Chemicals . По оценкам, 2% производимого NF
3 выбрасывается в атмосферу. [23] [24] Робсон прогнозировал, что максимальная концентрация в атмосфере составляет менее 0,16 частей на триллион (ppt) по объему, что обеспечит менее 0,001 Втм. −2 ИК-принуждения. [25] Средняя глобальная концентрация NF 3 в тропосфере выросла примерно с 0,02 ppt (частей на триллион, мольная доля сухого воздуха) в 1980 году до 0,86 ppt в 2011 году со скоростью увеличения на 0,095 ppt в год. −1 , или около 11% в год, и межполушарный градиент, который соответствует выбросам, происходящим преимущественно в Северном полушарии, как и ожидалось. Этот темп роста в 2011 году соответствует примерно 1200 метрическим тоннам выбросов NF 3 в год во всем мире, или примерно 10% оценок мирового производства NF 3 . Это значительно более высокий процент, чем предполагалось промышленностью, и, таким образом, это усиливает аргументы в пользу инвентаризации производства NF 3 и регулирования его выбросов. [26] Одно исследование, соавтором которого выступили представители отрасли, предполагает, что вклад выбросов NF 3 в общий баланс парниковых газов при производстве тонкопленочных Si-солнечных элементов очевиден. [27]
РКИК ООН в контексте Киотского протокола решила включить трифторид азота во второй период соблюдения Киотского протокола , который начинается в 2012 году и заканчивается либо в 2017, либо в 2020 году. Следуя этому примеру, Протокол по выбросам парниковых газов WBCSD/WRI вносит поправки во все свои положения. стандарты (корпоративные, продуктовые и область применения 3), чтобы также охватить NF 3 . [28]
Безопасность
[ редактировать ]Контакт кожи с NF
3 не опасен и оказывает относительно незначительное раздражение слизистых оболочек и глаз. Это раздражитель легких, токсичность которого значительно ниже, чем у оксидов азота , а чрезмерное воздействие при вдыхании вызывает превращение гемоглобина в крови в метгемоглобин , что может привести к состоянию метгемоглобинемии . [29] Национальный институт охраны труда (NIOSH) указывает, что концентрация, непосредственно опасная для жизни и здоровья (значение IDLH), составляет 1000 ppm. [30]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Это давление пара — это давление при его критической температуре — ниже обычной комнатной температуры .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Воздушные продукты; Физические свойства трифторида азота
- ^ Синке, GC (1967). «Энтальпия диссоциации трифторида азота». Дж. Физ. Хим . 71 (2): 359–360. дои : 10.1021/j100861a022 .
- ^ Неорганическая химия , с. 462, в Google Книгах.
- ^ Jump up to: а б с Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0455» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ «Трифторид азота» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Jump up to: а б с д и Филип Б. Хендерсон, Эндрю Дж. Войтек «Неорганические соединения фтора и азота» в Энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера , 1994, John Wiley & Sons, Нью-Йорк. doi : 10.1002/0471238961.1409201808051404.a01 Дата публикации статьи в Интернете: 4 декабря 2000 г.
- ^ Jump up to: а б «Изменение климата, 2007 г.: Основы физических наук» (PDF) . МГЭИК . Проверено 3 июля 2008 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Робсон, Дж.И.; Гоар, ЛК; Херли, доктор медицины; Шайн, КП ; Уоллингтон, Т. (2006). «Пересмотренный ИК-спектр, радиационная эффективность и потенциал трифторида азота к глобальному потеплению» . Геофиз. Рез. Летт. 33 (10): L10817. Бибкод : 2006GeoRL..3310817R . дои : 10.1029/2006GL026210 .
- ^ Ричард Морган (1 сентября 2008 г.). «За пределами углерода: ученые обеспокоены воздействием азота» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 23 января 2018 г. Проверено 7 сентября 2008 г.
- ^ Lidin, P. A.; Molochko, V. A.; Andreeva, L. L. (1995). Химические свойства неорганических веществ (на русском языке). стр. 442–455. ISBN 978-1-56700-041-2 .
- ^ Отто Рафф , Йозеф Фишер, Фриц Люфт (1928). «Азот-3-фторид». Журнал неорганической и общей химии . 172 (1): 417–425. дои : 10.1002/zaac.19281720132 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Клапотке, Томас М. (2006). «Азотно-фтористые соединения». Журнал химии фтора . 127 (6): 679–687. doi : 10.1016/j.jfluchem.2006.03.001 .
- ^ Рафф, Джон К. (1967). «Производные фторидов азота». Химические обзоры . 67 (6): 665–680. дои : 10.1021/cr60250a004 .
- ^ Парри, Роберт В. и Томас К. Биссо. «Получение и свойства трифторида фосфора-борана и трифторида фосфора-борана-d 3 1 Журнал Американского химического общества 78, № 8 (1956): 1524-1527.
- ^ Jump up to: а б с Пратер, MJ; Сюй, Дж. (2008). " НФ
3 , парниковый газ отсутствует в Киото» . Geophys. Res. Lett. 35 (12): L12810. Bibcode : 2008GeoRL..3512810P . doi : 10.1029/2008GL034542 . - ^ Цай, В.-Т. (2008). «Анализ риска для окружающей среды и здоровья трифторида азота ( NF
3 ), токсичный и мощный парниковый газ». J. Hazard. Mater . 159 (2–3): 257–63. doi : 10.1016/j.jhazmat.2008.02.023 . PMID 18378075 . - ^ Х. Райхардт, А. Френцель и К. Шобер (2001). «Экологически чистое вафельное производство: НФ»
3 выносная СВЧ-плазма для очистки камеры». Микроэлектроника . 56 (1–2): 73–76. doi : 10.1016/С0167-9317(00)00505-0 . - ^ «Усилия по сокращению выбросов F-ПГ: профили поставщиков плоскопанельных дисплеев» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. 30 сентября 2016 г.
- ^ «Выбросы и поставки фторированных парниковых газов, представленные в Программе отчетности по парниковым газам (GHGRP)» . Агентство по охране окружающей среды США. 27 сентября 2015 года . Проверено 05 марта 2021 г.
- ^ Ж. Ошиново; А. Рива; М. Питтрофф; Т. Шварце; Р. Виланд (2009). «Эффективность травления Ar/N 2 /F 2 для очистки камеры CVD/ALD». Твердотельная технология . 52 (2): 20–24.
- ^ «Индикаторы изменения климата: концентрации парниковых газов в атмосфере – рисунок 4» . Агентство по охране окружающей среды США. 27 июня 2016 г. Проверено 05 марта 2021 г.
- ^ «Атмосферная колба NF3» . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 2020-06-30.
- ^ М. Рузвельт (8 июля 2008 г.). «Климатическая угроза от плоских телевизоров и микрочипов» . Лос-Анджелес Таймс .
- ^ Хоаг, Ханна (10 июля 2008 г.). «Пропавший парниковый газ» . Nature сообщает об изменении климата . Том. 1, нет. 808. Новости природы . стр. 99–100. дои : 10.1038/climate.2008.72 .
- ^ Робсон, Джон. «Трифторид азота (NF 3 )» . Королевское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала 16 мая 2008 года . Проверено 27 октября 2008 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Арнольд, Тим; Харт, СМ; Мюле, Дж.; Мэннинг, Эй Джей; Саламе, ПК; Ким, Дж.; Айви, диджей; Стил, LP; Петренко В.В.; Северингхаус, JP; Баггенстос, Д.; Вайс, РФ (5 февраля 2013 г.). «Глобальные выбросы трифторида азота оценены на основе обновленных атмосферных измерений» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 110 (6): 2029–2034. Бибкод : 2013PNAS..110.2029A . дои : 10.1073/pnas.1212346110 . ПМЦ 3568375 . ПМИД 23341630 .
- ^ В. Фтенакис; Д.О. Кларк; М. Моалем; член парламента Чендлер; Р.Г. Риджуэй; Ф. Е. Халберт; Д.Б. Купер; Пи Джей Марулис (25 октября 2010 г.). «Выбросы трифторида азота в течение жизненного цикла от фотоэлектрических систем». Окружающая среда. наук. Технол. 44 (22). Американское химическое общество : 8750–7. Бибкод : 2010EnST...44.8750F . дои : 10.1021/es100401y . ПМИД 21067246 .
- ^ Риверс, Али (15 августа 2012 г.). «Трифторид азота: новый обязательный парниковый газ Киотского протокола» . Ecometrica.com . www.ecometrica.com.
- ^ Малик, Йогендер (3 июля 2008 г.). «Трифторид азота – Очистка в электронных приложениях» . Газмир . Архивировано из оригинала 4 августа 2008 г. Проверено 15 июля 2008 г.
- ^ «Концентрации, непосредственно опасные для жизни и здоровья (IDLH): трифторид азота» . Национальный институт охраны труда и здоровья . 2 ноября 2018 г.