Trifluorură de clor
| Trifluorură de clor | |
|---|---|
 | |
 | |
| Caracteristici generale | |
| Formula moleculară sau brută | ClF 3 |
| Masa moleculară ( u ) | 92,448 |
| Aspect | gaz incolor |
| numar CAS | |
| Numărul EINECS | 232-230-4 |
| PubChem | 24637 |
| ZÂMBETE | FCl(F)F |
| Proprietăți fizico-chimice | |
| Densitate (g / cm 3 , în cs ) | 1,77 la 13 ° C |
| Densitate (kg m −3 , în cs ) | 3,91 |
| Solubilitate în apă | reacție violentă |
| Temperatură de topire | −76,3 ° C (196,8 K) |
| Δ fus H 0 (kJ mol −1 ) | 7,60 |
| Temperatura de fierbere | 11,8 ° C (284,9 K) |
| Δ eb H 0 (kJ mol −1 ) | 27,50 |
| Punct critic | 57,76 bar; 174,0 ° C |
| Proprietăți termochimice | |
| Δ f H 0 (kJ mol −1 ) | −164,5 |
| Δ f G 0 (kJ mol −1 ) | −124,4 |
| S 0 m (J K −1 mol −1 ) | 281,59 |
| C 0 p, m (J K −1 mol −1 ) | 65,2 (gaz) |
| Informații de siguranță | |
| TLV (ppm) | 0,1 ppm (plafon) |
| Simboluri de pericol chimic | |
   | |
| Expresii R. | R8, R21, R22, R23, R34, R41 |
| Fraze S. | S17, S36, S37, S39 |
Trifluorura de clor este compusul chimic cu formula ClF 3 . La temperatura camerei, este un lichid incolor, toxic, extrem de reactiv și corozive gaz , care poate fi condensat ca un lichid galben-verde deschis. În stare solidă este alb. ClF 3 este una dintre cele mai reactive substanțe chimice cunoscute și trebuie manipulată cu cea mai mare precauție. În general, se vinde sub formă lichidă în butelii presurizate. Compusul este utilizat în principal în procesarea combustibililor nucleari [1] și ca agent de fluorurare, dar prezintă interes și în aplicații precum curățarea industrială, gravarea chimică în industria semiconductoarelor [2] [3] și alte operațiuni industriale. [4] A fost, de asemenea, studiat în scopuri de război și ca posibil propulsor de rachete.
Structura moleculară și configurația electronică
CLF 3 este un compus molecular ; molecula are o formă de T, cu o legătură mai scurtă (159,8 µm) și două mai lungi (169,8 µm). Această structură este în conformitate cu teoria VSEPR , care prezice că cele două perechi de electroni nepartajate ocupă două poziții ecuatoriale într-o schemă de bază bipiramidă trigonală.
Molecula ClF 3 nu respectă regula octetului, deci este o moleculă hipervalentă .
Sinteză
Prima sinteză a ClF 3 a fost realizată în 1930 de Otto Ruff și Herbert Krug prin reacția directă a fluorului gazos și a clorului într-o fiolă de cuarț la -170 ° C. [5] Reacția a produs un amestec de CLF și CLF 3; acesta din urmă a fost separat prin distilare.
Industrial, fluorul și clorul reacționează într-un reactor de nichel la 290 ° C.
Reactivitate
CLF Pure 3 este stabilă la temperatura de 180 ° C în recipiente de sticlă; dincolo de această temperatură se descompune cu un mecanism radical care reformează elementele constitutive. ClF 3 este unul dintre cei mai reactivi compuși chimici și are proprietăți foarte puternice de oxidare și fluorurare . Reacționează extrem de violent cu aproape toate materialele organice și anorganice, chiar și materialele plastice, și aprinde arderea multor materiale, inclusiv azbest și materiale de construcție, fără a fi necesară nicio aprindere . Aceste reacții sunt adesea violente și uneori explozive . Pentru a modera reactivitatea sa, CLF 3 diluate cu gaze inerte , pot fi utilizate sau utilizate în fluorocarburi solvenți sau exploatate la temperaturi scăzute.
Reacționează cu multe metale formând fluoruri; în unele cazuri (de exemplu, Na , Mg , Al , Zn și altele) la temperatura camerei, reacția se oprește după ce metalul a fost acoperit cu un strat superficial de fluor, dar la o temperatură mai mare, reacția continuă.
Chiar și cu nemetalele formează fluoruri, adesea aprinzându-se spontan. De exemplu, PCI3 și PF 5 sunt formate cu fosfor , SCl 2 și SF 4 sunt formate cu sulf .
Cu apa reacționează violent formând acid fluorhidric și acid clorhidric . Dacă este amestecat cu H 2 S, acesta explodează chiar și la temperatura camerei.
Reacționează cu majoritatea clorurilor transformându-le în fluoruri, de exemplu:
De asemenea, reacționează similar cu oxizii refractari, de exemplu:
Liquid CLF 3 poate acționa atât ca un donor de ioni de fluor, formând CLF 2 + cation, și ca acceptor de ioni de fluorură, formând CLF 4 - anion. De exemplu:
![{\ displaystyle {\ ce {SbF5 + ClF3 -> [ClF2] + [SbF6] -}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/415702d7a88613eadf6da15295bb0718fa2f83e6)
![{\ displaystyle {\ ce {KF + ClF3 -> K + [ClF4] -}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fcfc434e9ced78116b1dbf762bc5ca8f5a773743)
Utilizări
Prelucrarea combustibililor nucleari
Aceasta este cea mai importantă aplicație a ClF 3 . Atât în faza de îmbogățire, cât și în reprocesarea combustibililor nucleari epuizați, este exploatată capacitatea ClF 3 de a fluorura metalele. [6] [7] Uraniul reacționează la 50-80 ° C transformându-se în UF 6 , care este volatil:
Alte elemente prezente sunt, de asemenea, fluorurate, dar aproape toate formează fluoruri nevolatile, facilitând separarea UF 6 . În special, plutoniul este prezent în combustibilii uzati, care formează PuF 4 , un solid nevolatil. Ca alternativă la CLF 3, fluorurarea poate fi efectuată în mod direct cu gazos fluor .
ClF 3 este, de asemenea, utilizat pentru a îndepărta depunerile și crustele care conțin uraniu în operațiunile de decontaminare și dezafectare a centralelor nucleare . [8] [9]
Industria semiconductoarelor
În industria semiconductoarelor, ClF 3 este utilizat pentru curățarea camerelor de depunere chimică a vaporilor . [10] Are avantajul că materialul semiconductor poate fi îndepărtat de pereții camerei fără a fi nevoie să-l dezasamblați. Spre deosebire de alte substanțe chimice, ClF 3 își îndeplinește funcția fără a fi nevoie să fie activat, deoarece temperatura camerei este suficientă pentru a o descompune și a o face să reacționeze cu materialul semiconductor care trebuie îndepărtat.
Propulsor de rachetă
ClF 3 a fost studiat în anii 1950 ca oxidant pentru sistemele de propulsie pentru rachete. Cu toate acestea, dificultățile de manipulare au împiedicat utilizarea acestuia. Savantul de combustibil pentru rachete John Drury Clark a scris:
- „Bineînțeles că este extrem de toxic, dar aceasta este problema minoră. Este hipergolic cu orice combustibil cunoscut și este atât de rapid, încât timpul de întârziere a aprinderii nu a fost niciodată măsurat. Este hipergolic chiar și cu obiecte precum textile, lemn și ingineri., Ca să nu mai vorbim azbest, nisip și apă - cu care reacționează exploziv. Poate fi depozitat în containere ale unor metale structurale normale - oțel, cupru, aluminiu etc. - deoarece formează o peliculă subțire de fluorură metalică insolubilă care protejează metalul în sine, ca pelicula de oxid invizibil care se formează pe aluminiu îl împiedică să se aprindă în atmosferă. Totuși, dacă acest film se topește sau este zgâriat și nu poate să se reformeze singur, operatorul are problema de a face față unui foc între metal și fluor. Pentru a face față acestei situații, am recomandat întotdeauna o pereche bună de pantofi de alergare. " [11]
Aplicații militare
Numit în cod N-Stoff („substanța N”), ClF 3 a fost studiat pentru aplicații militare de către Institutul Kaiser Wilhelm din Germania nazistă începând cu puțin înainte de începerea celui de-al doilea război mondial . Au fost făcute teste împotriva modelelor care reproduceau fortificațiile Liniei Maginot și s-a dovedit a fi eficient atât ca arme incendiare, cât și ca arme chimice. Din 1938 , parțial bunkerized fabrică de muniție și parțial în subteran , cu o suprafata de 31.76 km 2 a început să fie construit în Falkenhagen , cu intenția de a produce 50 de tone pe lună de N-Stoff, în plus față de Sarin . Cu toate acestea, până când a fost capturată de Armata Roșie în 1944, fabrica producuse în total aproximativ 30-50 de tone de ClF 3 , [12] care nu a fost niciodată folosită în război.
Siguranță
ClF 3 este unul dintre cei mai reactivi și periculoși compuși chimici cunoscuți. Poate coroda și arde prin simplul contact chiar și materiale pe bază de oxid considerate în mod normal incombustibile. Într-un accident industrial, o deversare de 900 kg de ClF 3 a corodat 30 cm de beton și 90 cm de pietriș dedesubt. [10] Toate echipamentele care intră în contact cu ClF 3 trebuie să fie dintr-un material adecvat și perfect curat, deoarece orice contaminare se poate aprinde printr-un simplu contact. În plus, cele mai comune mijloace de stingere a incendiilor nu sunt capabile să oprească oxidarea sau o pot agrava. ClF 3 este cunoscut pentru arderea nisipului, azbestului și a altor materiale ignifuge, reacționează violent cu substanțe ignifuge pe bază de apă și se oxidează în absența oxigenului atmosferic, făcând ineficienți agenți de stingere a incendiilor precum CO 2 , care acționează prin sufocare ( îndepărtarea oxigenului din flacără). Pentru contact prelungit, sticla arde. [13]
Expunerea la cantități mari de ClF 3 lichid și gazos aprinde țesuturile. Reacția de hidroliză cu apă este violentă și poate provoca arsuri termice. Produsele de hidroliză sunt în principal acid fluorhidric și acid clorhidric , de obicei eliberate sub formă de vapori, deoarece reacția este puternic exotermă. Acidul fluorhidric este coroziv pentru țesutul uman, este absorbit prin piele, afectează țesutul osos și căile nervoase și dă otrăvuri care pun viața în pericol. Comparativ cu acidul fluorhidric, acidul clorhidric este mai puțin periculos pentru organismele vii, dar este mai coroziv pentru materialele anorganice.
Notă
- ^ (BEST) Board on Environmental Studies and Toxicology, Acute Exposure Guideline Levels for Selected Airborne Chemicals: Volume 5 (citat pe site-ul web National Academies Press) , Washington DC, National Academies Press ,, 2006, p. 40, ISBN 0-309-10358-4 .
- ^ H. Habuka, T. Sukenobu, H. Koda, T. Takeuchi, M. Aihara, Silicon etch rate folosind clor trifluorură , în J. Electrochem. Soc. , Vol. 151, nr. 11, 2004, pp. G783 - G787, DOI : 10.1149 / 1.1806391 .
- ^ Brevetul SUA 5849092 "Procedeu de curățare a camerei de trifluorură de clor" Arhivat la 26 septembrie 2007 la Internet Archive .
- ^ Brevetul SUA 6034016 „Metodă de regenerare a catalizatorilor halogenați de acid Lewis” Arhivat la 26 septembrie 2007 la Internet Archive .
- ^ O. Ruff, H. Krug, Über ein neues Chlorfluorid-CIF 3 , în Z. anorg. allgem. Chem. , vol. 190, nr. 1, 1930, pp. 270-276, DOI : 10.1002 / zaac.19301900127 .
- ^ Siguranța instalațiilor de conversie și a instalațiilor de îmbogățire a uraniului: ghid de siguranță specific ( PDF ), Viena, Agenția Internațională pentru Energie Atomică, 2010, ISBN 978-92-0-104809-7 .
- ^ ClF 3 Molecula lunii pe site-ul web al Departamentului de chimie Bristol la chm.bris.ac.uk. Adus pe 5 noiembrie 2010 .
- ^ National Research Council (SUA). Comitetul pentru decontaminare și dezafectarea instalațiilor de îmbogățire a uraniului, curățare la prețuri accesibile? Oportunități de reducere a costurilor în contaminarea și dezafectarea instalațiilor de îmbogățire a uraniului din țară. , Washington, Academiile Naționale, 1996, ISBN 0-309-05438-9 .
- ^ ( FR ) MB Davis, La France nucléaire: matières et sites - 2002 , Paris, Wise, 2001, ISBN 978-2-9511333-1-0 . Adus la 6 noiembrie 2010 (arhivat din original la 23 noiembrie 2010) .
- ^ a b ClF 3 Safetygram pe site-ul Air Products ( PDF ), la airproducts.com . Adus la 4 noiembrie 2010 (arhivat din original la 18 martie 2006) .
- ^ JD Clark, Ignition! O istorie informală a propulsorilor de rachete lichide , New Brunswick, New Jersey, Rutgers University Press, 1972, p. 214, ISBN 0-8135-0725-1 .
- ^ Raportul „Bunker Tours” despre Falkenhagen
- ^ P. Patnaik, Un ghid cuprinzător al proprietăților periculoase ale substanțelor chimice , ediția a III-a, Wiley-Interscience, 2007, ISBN 0-471-71458-5 .
Bibliografie
- CE Housecroft, AG Sharpe, Chimie anorganică , ediția a II-a, Harlow (Anglia), Pearson Education Limited, 2005, ISBN 0-13-039913-2 .
- NN Greenwood, A. Earnshaw, Chimia elementelor , ediția a II-a, Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4 .
- Cabina HS; JT Pinkston Jr., fluorurile de halogen , în Chem. Rev. , vol. 41, nr. 3, 1947, pp. 421-439, DOI : 10.1021 / cr60130a001 .
- O. Groehler, Der lautlose Tod. Einsatz und Entwicklung deutscher Giftgase von 1914 bis 1945 , Reinbek bei Hamburg, Rowohlt, 1989, ISBN 3-499-18738-8 .
- A. Ebbinghaus, Krieg und Wirtschaft: Studien zur deutschen Wirtschaftsgeschichte 1939–1945 , Berlin, Metropol, 1999, pp. 171-194, ISBN 3-932482-11-5 .
- Yu. D. Șișkov, AA Opalovskii, Proprietăți fizico-chimice ale trifluorurii de clor , în Russ. Chem. Rev. , vol. 29, nr. 6, 1960, pp. 357–364, DOI :10.1070 / RC1960v029n06ABEH001237 .
- RD Burbank, FN Bensey, Structurile compușilor interhalogeni. I. Trifluorură de clor la -120 ° C , în J. Chem. Fizic. , vol. 21, n. 4, 1953, pp. 602–608, DOI : 10.1063 / 1.1698975 .
- AA Banks, AJ Rudge, Determinarea densității lichidului de trifluorură de clor , în J. Chem. Soc. , 1950, pp. 191–193, DOI : 10.1039 / JR9500000191 .
- FR Lowdermilk, RG Danehower, HC Miller, Studiu pilot al fluorului și al derivaților săi , în J. Chem. Educ. , vol. 28, 1951, p. 246, DOI : 10.1021 / ed028p246 .
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre trifluorură de clor
linkuri externe
- ( EN ) Clor trifluorură , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
