三氟化氯
| 三氟化氯 | |
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| 识别 | |
| CAS号 | 7790-91-2 |
| PubChem | 24637 |
| SMILES |
FCl(F)F
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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 |
| 溶解度（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 氟化氯 三氟化溴 |
| 若非注明，所有数据来自25 ℃，100 kPa。 | |
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]
目录 |
[编辑] 制备、结构和性质
拉夫（Ruff）和克鲁格（Krug）在试图氟化氯后最早报道了这种物质，这个反应也产生一氟化氯，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] 这种结构与价层电子对互斥理论的预测一致——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. 拉长的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
[编辑] 危害
ClF3是一种很强氧化剂和氟化剂。它能大多数有机和无机材料甚至塑料反应，可以使许多材料不接触火源就燃烧。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。
能夠超越氧氣的氧化能力導致對含氧材料的腐蝕性,這些材料通常被認為不可燃的. 在一工業意外中, 900 kg ClF3洩漏把自身燒通30厘米的混凝土和90厘米的礫石.[8] 任何和三氟化氯接觸的設備 ， 必須仔細挑選和清潔, 因為任何污染可以點燃接觸物。
[编辑] 军事应用
[编辑] 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（John D. Clark）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自燃，而且這自燃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自燃，一些常识中的不燃物质如石綿、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] | ” |
[编辑] 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]
[编辑] 参考资料
- ^ 1.0 1.1 NIST Chemistry Webbook
- ^ Hitoshi Habuka, Takahiro Sukenobu, Hideyuki Koda, Takashi Takeuchi, and Masahiko Aihara. Silicon Etch Rate Using Chlorine Trifluoride. Journal of the Electrochemical Society. 2004, 151 (11): G783–G787. doi:10.1149/1.1806391.
- ^ United States Patent 5849092 "Process for chlorine trifluoride chamber cleaning"
- ^ Board on Environmental Studies and Toxicology, (BEST). Acute Exposure Guideline Levels for Selected Airborne Chemicals: Volume 5 (citation at the National Academies Press). Washington D.C.: National Academies Press. 2006: 40. ISBN 0-309-10358-4.
- ^ United States Patent 6034016 "Method for regenerating halogenated Lewis acid catalysts"
- ^ Otto Ruff, H. Krug. Über ein neues Chlorfluorid-CIF3. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1931, 190 (1): 602–608. doi:10.1002/zaac.19301900127.
- ^ Smith, D. F.. The Microwave Spectrum and Structure of Chlorine Trifluoride. The Journal of Chemical Physics. 1953, 21 (4): 609–614. doi:10.1063/1.1698976.
- ^ Air Products Safetygram. http://www.airproducts.com/nr/rdonlyres/8479ed55-2170-4651-a3d4-223b2957a9f3/0/safetygram39.pdf
- ^ 9.0 9.1 Clark, John D.. Ignition!. UMI Books on Demand. 2001. ISBN 0-8135-0725-1.
- ^ ClF3/Hydrazine at the Encyclopedia Astronautica.
- ^ Clark, John D.. Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. 1972: 214. ISBN 0813507251.
- ^ 12.0 12.1 12.2 In Situ Cleaning of CVD Chambers. Semiconductor International. 6/1/1999.
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