三氟化氯
三氟化氯是无机化合物 ,分子式为ClF3。这种物质气态时为淡黄色,有毒,有强腐蚀性,液态时为黄绿色,一般将其压缩成液体销售。该物质主要的用途是火箭燃料,半导体行业中清洗和蚀刻,[2][3] 核反应堆加工燃料,[4] 以及一些其他用途。[5]
三氟化氯 | |
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识别 | |
CAS号 | 7790-91-2 ? |
PubChem | 24637 |
SMILES |
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InChI |
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UN编号 | 1749 |
RTECS | FO2800000 |
性质 | |
化学式 | ClF3 |
摩尔质量 | 92.448 g·mol⁻¹ |
外观 | 淡黄色气体或液体 |
密度 | 1.77 g/cm3 (13 °C, 液态) 0.004 g/cm3 (气态) |
熔点 | −76.34 °C |
沸点 | 11.75 °C |
溶解性(水) | 水解 |
黏度 | 9.182 x 10−5 Pa s |
结构 | |
分子构型 | T形 |
热力学 | |
ΔfHm |
−158.87 kJ/mol [1] |
S |
281.59 J K−1 mol−1 [1] |
危险性 | |
MSDS | ICSC 0656 |
欧盟编号 | 没有记录 |
主要危害 | 毒性, 腐蚀性, 氧化性. |
NFPA 704 |
0
4
3
OX
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相关物质 | |
相关化学品 | 五氟化氯 一氟化氯 三氟化溴 |
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。 |
制备、结构和性质
拉夫(Ruff)和克鲁格(Krug)在1930年氟化氯气并报告发现了这种物质。这个反应也生成一氟化氯,可以通过蒸馏使其分离。[6]
- 3 F2 + Cl2 → 2 ClF3
ClF3 形状大致是T形, 有一个短键 (1.598 Å) 和两个长键 (1.698 Å).[7] ,孤对电子占据两个赤道位置,与共价键一起形成一个三角双锥。这种结构与价层电子对互斥理论的预测一致。较长的Cl-F键与超价键一致.
纯净的ClF3在180℃以下的玻璃容器中是稳定的,一旦超过这个温度就会通过自由基反应分解。
ClF3主要用来生产六氟化铀(UF6),以及核燃料加工和后期处理,主要反应方程式:
- U + 3 ClF3 → UF6 + 3 ClF
危害
ClF3是一种很强的氧化剂、氟化剂。它能与大多数无机物、有机物甚至塑料反应,可以使许多材料不接触明火就燃烧。这些反应通常很剧烈,在某些情况下甚至会爆炸。它与一些金属反应生成氯化物和氟化物,与磷反应生成三氯化磷和五氟化磷,而与硫反应生成二氯化硫和四氟化硫。 ClF3也与水剧烈反应,水解产生有毒物质,例如氟化氢。H2S在室温下与ClF3混合就会爆炸。
超过氧氣的氧化性使ClF3能腐蚀通常视为不可燃的含氧材料。在一起工業意外中,900千克ClF3泄漏,烧穿了下面30厘米厚的混凝土和90厘米厚的礫石。[8] 任何和三氟化氯接觸的設備必須经过仔細挑選和清潔, 因為任何污染都可以烧穿钝化膜,使它来不及重新生成。
火箭推进剂
三氟化氯已經發展成火箭推進劑的高性能可儲存氧化劑。然而一些處理上的問題使它受限,約翰·D·克拉克在其著作《Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants》[9]中阐述了以下困難:
这种物质毒性自然极强,但這并不是最重要的問題,其与任何燃料相遇都會燃烧,而且這一过程发生速度是如此之快以致於測量不到點火延遲。它和衣服、木頭、測試工程師们接觸都會燃烧,一些常识中的不燃物质如石棉、砂子和水与三氟化氯接触也无一幸免,尤其和水反应會产生爆炸。它可以被存放在某些工程金屬裡——鋼、銅、鋁等,因為在界面处形成稳定氟化物薄膜隔离了金屬和三氟化氯,就像鋁表面那层不易被发觉的致密氧化鋁,保护鋁不至在空氣中变成粉末。值得注意,当這層氟化物融化或被刮伤,且无法及时再次形成时,消防员就要面對一场金屬——三氟化氯反应引发的火灾。對於应对这种事故,我一直以來都建议实验人员为自己准备一雙好跑鞋。[9][10][11] |
半导体工业
在半导体工业中,三氟化氯被用于清洁化学气相沉积的反应舱。[12] 它具有不需拆卸反应舱就可以清除舱壁附着的半导体物质这一优点。[12] 与其它代替的清洁剂不同,三氟化氯在使用前不需经过等离子体激化,因为反应舱残存的热量就足以使它分解并与半导体材料反应。[12]
参考资料
- NIST Chemistry Webbook
- Hitoshi Habuka, Takahiro Sukenobu, Hideyuki Koda, Takashi Takeuchi, and Masahiko Aihara. . Journal of the Electrochemical Society. 2004, 151 (11): G783–G787. doi:10.1149/1.1806391.
- . [2010-10-03]. (原始内容存档于2007-09-26).
- Board on Environmental Studies and Toxicology, (BEST). . Washington D.C.: National Academies Press. 2006: 40. ISBN 0-309-10358-4.
- . [2010-10-03]. (原始内容存档于2007-09-26).
- Otto Ruff, H. Krug. . Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1931, 190 (1): 602–608. doi:10.1002/zaac.19301900127.
- Smith, D. F. . The Journal of Chemical Physics (AIP Publishing). 1953, 21 (4): 609–614. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1698976.
- Air Products Safetygram. (PDF). [2014-02-16]. (原始内容 (PDF)存档于2006-03-18).
- Clark, John D. . UMI Books on Demand. 2001. ISBN 0-8135-0725-1.
- ClF3/Hydrazine 的存檔,存档日期2007-02-02. at the Encyclopedia Astronautica.
- Clark, John D. . Rutgers University Press. 1972: 214. ISBN 0813507251.
- . Semiconductor International. 1999-01-06.