Трифторид хлора
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Систематическое название ИЮПАК Трифтор-λ 3 -хлоран [1] (заменять) | |||
| Другие имена хлортрифторид | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ХимическийПаук | |||
| Информационная карта ECHA | 100.029.301 | ||
| Номер ЕС |
| ||
| 1439 | |||
| МеШ | хлор+трифторид | ||
ПабХим CID | |||
| номер РТЭКС |
| ||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
| Число | 1749 | ||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| Характеристики | |||
| Кл Ф 3 | |||
| Молярная масса | 92.45 g·mol −1 | ||
| Появление | Бесцветный газ или зеленовато-желтая жидкость. | ||
| Запах | Сладкий, острый, раздражающий, удушающий [2] [3] | ||
| Плотность | 3,779 г/л [4] | ||
| Температура плавления | -76,34 ° C (-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 К) | ||
| Реагирует с водой [1] | |||
| Растворимость | Растворим в четыреххлористом углероде, но взрывоопасен в высоких концентрациях. Реагирует с водородсодержащими соединениями, например, с водородом , метаном , бензолом , эфиром , аммиаком . [1] | ||
| Давление пара | 175 кПа | ||
| −26.5 × 10 −6 см 3 /моль [5] | |||
| Вязкость | 91,82 мкПа·с | ||
| Структура | |||
| Т-образная молекулярная геометрия | |||
| Термохимия [6] | |||
Теплоемкость ( С ) | 63,9 Дж К −1 моль −1 | ||
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 281,6 Дж К −1 моль −1 | ||
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −163,2 кДж моль −1 | ||
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | −123,0 кДж моль −1 | ||
| Опасности | |||
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |||
Основные опасности | Очень токсичный, очень коррозионный, мощный окислитель, сильный гидролиз. [3] | ||
| СГС Маркировка : | |||
    | |||
| Опасность | |||
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |||
| точка возгорания | негорючий [3] | ||
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |||
ЛК 50 ( средняя концентрация ) | 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) [7] | ||
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |||
МЕХ (Допускается) | C 0,1 ppm (0,4 мг/м 3 ) [3] | ||
РЕЛ (рекомендуется) | C 0,1 ppm (0,4 мг/м 3 ) [3] | ||
IDLH (Непосредственная опасность) | 20 частей на миллион [3] | ||
| Паспорт безопасности (SDS) | [1] | ||
| Родственные соединения | |||
Родственные соединения | Пентафторид хлора монофторид хлора Трифторид брома Трифторид йода | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
Трифторид хлора представляет собой межгалогенное соединение формулы КлФ 3 . Это бесцветный, ядовитый, едкий и чрезвычайно химически активный газ , который конденсируется в бледно-зеленовато-желтую жидкость, в той форме, в которой его чаще всего продают (под давлением при комнатной температуре). Он известен своими экстремальными окислительными свойствами. Соединение представляет в первую очередь интерес для операций безплазменной очистки и травления в полупроводниковой промышленности . [8] [9] в переработке топлива ядерных реакторов , [10] исторически он использовался в качестве компонента ракетного топлива и различных других промышленных операций из-за его коррозионного характера. [11]
Получение, структура и свойства
[ редактировать ]сообщили в 1930 году Рафф и Круг, которые получили его фторированием хлора Впервые о нем ; это также дало монофторид хлора (ClF), и смесь разделили перегонкой . [12]
- 3 F 2 + Cl 2 → 2 ClF 3
Ежегодно производится несколько сотен тонн. [13]
Молекулярная геометрия ClF 3 имеет примерно Т-образную форму с одной короткой связью (1,598 Å ) и двумя длинными связями (1,698 Å). [14] Эта структура согласуется с предсказанием теории VSEPR , которая предсказывает, что неподеленные пары электронов занимают две экваториальные позиции гипотетической тригональной бипирамиды . Удлиненные аксиальные связи Cl-F соответствуют гипервалентной связи .
Реакции
[ редактировать ]ClF 3 также бурно реагирует с водой с образованием фтористого водорода и хлористого водорода , а также кислорода и дифторида кислорода ( ИЗ 2 ): [15]
- ClF 3 + H 2 O → HF + HCl + OF 2
- ClF 3 + 2H 2 O → 3HF + HCl + O 2
При нагревании разлагается: [13]
- КлФ 3 ⇌ КлФ + Ф 2
Реакции со многими металлами и даже с оксидами металлов дают фториды : [15]
- 6NiO + 4 ClF 3 → 6 NiF 2 + 3 O 2 + 2 Cl 2
- AgCl + ClF 3 → AgF 2 + ClF + 1/ 2 Cl 2
ClF 3 используется для производства гексафторида урана :
- U + 3 ClF 3 → UF 6 + 3 ClF
С фосфором получается трихлорид фосфора ( PCl 3 ) и пентафторид фосфора ( PF 5 ), а сера дает дихлорид серы ( SCl 2 ) и тетрафторид серы ( СФ 4 ).
Он реагирует с фторидом цезия с образованием соли, содержащей анион. F(ClF 3 ) - 3 . [16]
Использование
[ редактировать ]Полупроводниковая промышленность
[ редактировать ]В полупроводниковой промышленности трифторид хлора используется для очистки химического осаждения из паровой фазы камер . Его можно использовать для удаления полупроводникового материала со стенок камеры без необходимости демонтажа камеры. В отличие от большинства альтернативных химикатов, используемых в этой роли, его не нужно активировать с помощью плазмы, поскольку тепла камеры достаточно, чтобы заставить его разложиться и вступить в реакцию с полупроводниковым материалом.
Реагент фторирования
[ редактировать ]ClF 3 используется для фторирования различных соединений. [13]
Военное применение (несуществующее)
[ редактировать ]Трифторид хлора был исследован как высокоэффективный хранимый окислитель в системах ракетного топлива . Однако проблемы с обращением серьезно ограничивают его использование. Следующий отрывок ученого-ракетчика Джона Д. Кларка широко цитируется при описании чрезвычайно опасной природы этого вещества:
Он, конечно, чрезвычайно токсичен, но это наименьшая проблема. Он гиперголичен со всеми известными видами топлива и настолько быстро гиперголичен, что задержка воспламенения никогда не измерялась. Он также гиперголичен с такими вещами, как ткань , дерево и инженеры-испытатели , не говоря уже об асбесте , песке и воде , с которыми он вступает в взрывную реакцию. Его можно сохранять в некоторых обычных конструкционных металлах — стали, меди, алюминии и т. д. — благодаря образованию тонкой пленки нерастворимого фторида металла, защищающей основную массу металла, так же, как невидимый слой оксида на алюминии. не дает ему сгореть в атмосфере. Если, однако, это покрытие расплавляется или стирается и не имеет возможности восстановиться, оператор сталкивается с проблемой борьбы с металлофторным пожаром. Чтобы справиться с этой ситуацией, я всегда рекомендовал хорошую пару кроссовок . [17]
Пентафторид хлора (ClF 5 ) также исследовался как потенциальный ракетный окислитель. Он предлагал улучшенный удельный импульс по сравнению с трифторидом хлора, но со всеми теми же трудностями в обращении. Ни одно из соединений не использовалось ни в одной из действующих ракетных двигательных установок.
Под кодовым названием N-Stoff («вещество N») трифторид хлора исследовался для военного применения Институтом кайзера Вильгельма в нацистской Германии незадолго до начала Второй мировой войны . Были проведены испытания макетов укреплений линии Мажино , и было установлено, что это чрезвычайно эффективное зажигательное оружие и отравляющий газ . С 1938 года началось строительство частично бункерованного и частично подземного сооружения высотой 14 000 м. 2 (150 000 кв. футов) завод по производству боеприпасов, промышленный комплекс Фалькенхаген , который должен был производить 90 тонн N-Stoff в месяц, в дополнение к зарину (смертоносному нервно-паралитическому веществу ). Однако к моменту захвата наступающей Красной Армией в 1945 году завод производил всего от 30 до 50 тонн по цене более 100 немецких рейхсмарок за килограмм. а Н-Стофф никогда не использовался на войне. [18] [19]
Опасности
[ редактировать ]ClF3 . очень сильный окислитель – Он чрезвычайно реакционноспособен с большинством неорганических и органических материалов и воспламеняет многие негорючие материалы без какого-либо источника воспламенения . Эти реакции часто бывают бурными, а в некоторых случаях взрывоопасными . Сталь , медь и никель не используются, поскольку пассивирующий слой образуется фторида металла, который предотвращает дальнейшую коррозию, но молибден , вольфрам и титан непригодны, поскольку их фториды летучи. ClF 3 быстро разъедает даже благородные металлы, такие как иридий, платина или золото, окисляя их до хлоридов и фторидов.
Эта окислительная способность, превосходящая силу кислорода, вызывает ClF 3 бурно реагирует со многими другими материалами, которые часто считаются негорючими и огнеупорными. Он воспламеняет песок, асбест , стекло и даже золу веществ, уже сгоревших в кислороде. В ходе одной промышленной аварии произошел разлив 900 кг ClF 3 прожег 30 см бетона и 90 см гравия под ним. [20] [17] Существует ровно один известный метод управления/подавления огня, способный справиться с ClF 3 — огня азотом или благородными газами, такими как аргон . В противном случае необходимо просто поддерживать прохладу в помещении до тех пор, пока реакция не прекратится. [21] Соединение реагирует с подавителями на водной основе и CO 2 , что делает их контрпродуктивными. [22]
Воздействие большего количества ClF 3 в жидком или газообразном состоянии воспламеняет живые ткани, что приводит к тяжелым химическим и термическим ожогам. ClF 3 бурно реагирует с водой, и воздействие реакции также приводит к ожогам. Продуктами гидролиза являются в основном плавиковая кислота и соляная кислота , которые обычно выделяются в виде пара или пара из-за сильно экзотермического характера реакции.
См. также
[ редактировать ]Пояснительные примечания
[ редактировать ]^ a Использование данных Службы экономической истории. [23] и калькулятор инфляции [24] Можно подсчитать, что сумма в 100 рейхсмарок в 1941 году примерно эквивалентна 4652,50 доллара США в 2021 году. Значения обменного курса рейхсмарок с 1942 по 1944 год являются фрагментарными.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Трифторид хлора» . Пабхим соединение . Национальный центр биотехнологической информации. 4 июля 2023 г. Проверено 8 июля 2023 г.
- ^ ClF 3 / Гидразин. Архивировано 2 февраля 2007 г. в Wayback Machine в Энциклопедии Astronautica.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0117» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Jump up to: а б с Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). ЦРК Пресс . п. 4.58. ISBN 978-1-4398-5511-9 .
- ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). ЦРК Пресс . п. 4.132. ISBN 978-1-4398-5511-9 .
- ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). ЦРК Пресс . п. 5.8. ISBN 978-1-4398-5511-9 .
- ^ «Трифторид хлора» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ 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. Бибкод : 2004JElS..151G.783H . дои : 10.1149/1.1806391 . Архивировано из оригинала 25 января 2022 г. Проверено 11 апреля 2017 г.
- ^ Си, Мин и др. (1997) Патент США 5 849 092 «Способ очистки камеры трифторидом хлора».
- ^ Совет по экологическим исследованиям и токсикологии (BEST) (2006). Нормативные уровни острого воздействия для некоторых переносимых по воздуху химикатов: Том 5 . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. п. 40. ИСБН 978-0-309-10358-9 . (доступно в прессе национальных академий, архивировано 7 ноября 2014 г. на Wayback Machine).
) - ^ Бойс, К. Брэдфорд и Белтер, Рэндольф К. (1998) Патент США 6,034,016 «Метод регенерации галогенированных катализаторов на основе кислот Льюиса»
- ^ Отто Рафф , Х. Круг (1930). «О новом хлорфториде-CIF 3 » [A New Chlorofluoride, ClF 3 ]. Журнал неорганической и общей химии . 190 (1): 270–276. дои : 10.1002/zaac.19301900127 .
- ^ Jump up to: а б с Эгеперс, Жан; Моллард, Поль; Девильерс, Дидье; Чемла, Мариус; Фарон, Роберт; Романо, Рене; Куэр, Жан Пьер (2000). «Соединения фтора неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a11_307 . ISBN 3-527-30673-0 .
- ^ Смит, Д.Ф. (1953). «Микроволновой спектр и структура трифторида хлора». Журнал химической физики . 21 (4): 609–614. Бибкод : 1953ЖЧФ..21..609С . дои : 10.1063/1.1698976 . hdl : 2027/mdp.39015095092865 .
- ^ Jump up to: а б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 828. ИСБН 978-0-08-037941-8 .
- ^ Слайс, Бенджамин; Карттунен, Антти Дж.; Мюллер, Ульрих; Краус, Флориан (5 октября 2020 г.). «Cs[Cl 3 F 10 ]: пропеллерообразный [Cl 3 F 10 ] - анион в особом типе структуры A[5] B[5]» . Международное издание «Прикладная химия» . 59 (41): 18116–18119. дои : 10.1002/anie.202007019 . ПМЦ 7589245 . ПМИД 32608053 .
- ^ Jump up to: а б Кларк, Джон Д. (1972). Зажигание! Неофициальная история жидкого ракетного топлива . Издательство Университета Рутгерса. п. 214. ИСБН 978-0-8135-0725-5 .
- ^ Мюллер, Бенно (24 ноября 2005 г.). «Ядовитый подарок» . Природа . Обзор книги Флориана Шмальца: «Исследования оружия в национал-социализме: о сотрудничестве институтов кайзера Вильгельма, вооруженных сил и промышленности » [ Исследования оружия в национал-социализме ] (Вальштайн, 2005, 676 страниц). 438 (7067): 427. Бибкод : 2005Nature.438..427M . дои : 10.1038/438427a .
- ^ «Германия 2004» . www.bunkertours.co.uk . Архивировано из оригинала 13 июня 2006 г. Проверено 13 июня 2006 г.
- ^ Диаграмма безопасности . Воздушные продукты
- ^ «Руководство по обращению с трифторидом хлора» . Канога-Парк, Калифорния: Рокетдайн. Сентябрь 1961 г. с. 24. Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 г. Проверено 19 сентября 2012 г.
- ^ Патнаик, Прадьот (2007). Комплексное руководство по опасным свойствам химических веществ (3-е изд.). Уайли-Интерсайенс. п. 478. ИСБН 978-0-471-71458-3 .
- ^ Офицер, Лоуренс Х. (2002 г.), Обменный курс доллара США и сорока других стран, 1913–1999 гг. , EH.net (Службы экономической истории), заархивировано из оригинала 15 июня 2006 г. , получено 7 июля 2023 г.
- ^ «Калькулятор инфляции» . «Веб-страница» С. Моргана Фридмана: Домашняя страница Ceci N'est Pas Une . Проверено 7 июля 2023 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гролер, Олаф (1989). Тихая смерть. Использование и разработка немецких отравляющих газов с 1914 по 1945 год . Рейнбек под Гамбургом: Ровольт. ISBN 978-3-499-18738-4 .
- Эббингауз, Анжелика (1999). Война и экономика: исследования экономической истории Германии 1939–1945 гг . Берлин: Метрополь. стр. 171–194. ISBN 978-3-932482-11-3 .
- Бут, Гарольд Симмонс; Пинкстон, Джон Тернер младший (1947). «Фториды галогенов». Химические обзоры . 41 (3): 421–439. дои : 10.1021/cr60130a001 . ПМИД 18895518 .
- Ю Д Шишков; А. А. Опаловский (1960). «Физико-химические свойства трифторида хлора». Российское химическое обозрение . 29 (6): 357–364. Бибкод : 1960RuCRv..29..357S . дои : 10.1070/RC1960v029n06ABEH001237 . S2CID 250863587 .
- Робинсон Д. Бербанк; Фрэнк Н. Бенси (1953). «Структура межгалогенных соединений. I. Трифторид хлора при -120 ° C». Журнал химической физики . 21 (4): 602–608. Бибкод : 1953ЖЧФ..21..602Б . дои : 10.1063/1.1698975 .
- А.А. Бэнкс; Эй Джей Радж (1950). «Определение плотности жидкости трифторида хлора». Журнал Химического общества : 191–193. дои : 10.1039/JR9500000191 .
- Лоудермилк, Франция; Дейнхауэр, Р.Г.; Миллер, ХК (1951). «Опытно-промышленное исследование фтора и его производных». Журнал химического образования . 28 (5): 246. Бибкод : 1951ЖЧЭд..28..246Л . дои : 10.1021/ed028p246 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Национальный реестр загрязнителей – информационный бюллетень по фторидам и соединениям
- Стандартная справочная база данных NIST
- CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям - трифторид хлора
- ВебЭлементы
- Песок не спасет вас на этот раз , сообщение в блоге Дерека Лоу об опасностях, связанных с обращением с ним КлФ 3
- [2] [ мертвая ссылка ]