五氟化氮

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五氟化氮
IUPAC名
Nitrogen pentafluoride
性质
化学式 NF5
摩尔质量 108.999 g·mol⁻¹
结构
分子构型 三角双锥
偶极矩 0 D
相关物质
其他阳离子 五氟化磷
五氟化砷
五氟化锑
五氟化铋
相关化学品 三氟化氮
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

五氟化氮是根据氮族元素中除氮以外的元素都存在五氟化物(例如:五氟化磷)而假想出的一种化合物。五氟化氮的理论模型有两种,一种是三角双锥形的分子NF5对称群为D3h;另一种是离子晶体NF4+F-[1]

离子晶体[编辑]

1966年,W·E·托尔贝格首先合成了+5价的氮氟化物,均为四氟铵盐,例如:氟锑酸四氟铵(NF4SbF6)和氟砷酸四氟铵(NF4AsF6)。[2]在1971年,C·T·格切尔宣布制得了氟硼酸四氟铵(NF4BF4)以及另一种假定是氟化四氟铵(NF4+F-)的白色固体。这是将三氟化氮与氟单质在77K下通过电子辐射方法制得的,温度超过143K时又分解成原先的反应物。[2] 理论研究也表明这种离子化合物很容易分解成三氟化氮气。[3]

卡尔·O·克里斯特制得了六氟合镍(IV)酸四氟铵((NF4)2NiF6)。[3]他也制备氟锰酸盐、氟铀酸盐、高氯酸盐、氟磺酸盐和一些含有N2F3+离子的盐。[4]克里斯特尝试在20°C下的无水氟化氢中通过NF4SbF6与HF的复分解反应制备氟化四氟铵。然而,他获得的是组成不定的溶剂合氟氢化铵(NF4HF2·nHF)。在室温下它是一种乳白色液体,冷却时就会变成浆糊状,在-45°C下形成白色固体。如果再次加热它,会产生F2、HF和NF3气体。[5]这种物质有CAS号,为71485-49-9。[6]

I·J·所罗门认为五氟化氮可由NF4AsF6的热分解制得,但是实验结果并不支持他的看法。[7]

分子[编辑]

五氟化氮的可能结构

要形成NF5分子,五个氟原子就要在氮原子周围排列成三角双锥结构(能量最低)。然而,由于氮原子半径太小,不足以容纳五个氟原子,因此只有使键长增大。因为形成五个化学键需要用到3d轨道,它的能量比2s和2p高得多,所以还是不稳定。[1] 计算表明NF5分子在热力学上自发地分解成NF4和F自由基,并放出8.5 kcal mol-1的能量,过渡态能垒(活化能)大约是20±4 kcal mol-1[8]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Lewars, Errol G. Modeling marvels: computational anticipation of novel molecules. Springer. 03/11/2008: 53–67. 
  2. ^ 2.0 2.1 Goetschel, C. T.; V. A. Campanile, R. M. Curtis, K. R. Loos, C. D. Wagner, J. N. Wilson. Inorganic Chemistry. July 1972, 11 (7): 1696–1701. doi:10.1021/ic50113a051. 
  3. ^ 3.0 3.1 Christe, Karl O; William W. Wilson. Nitrogen pentafluoride: covalent NF5 versus ionic NF4+F- and studies on the instability of the latter. Journal of the American Chemical Society. December 1992, 114 (25): 9934–9936. doi:10.1021/ja00051a027. 
  4. ^ Christe, Karl O. Research Studies in NF4+ Salts. Rockwell. 23 May 1980 [23 February 2012]. 
  5. ^ Christe, Karl O. Research Studies in NF4+ Salts. Rockwell. G7–G8. 23 May 1980 [23 February 2012]. 
  6. ^ 查询时名称为:Tetrafluoroammonium bifluoride
  7. ^ Christe, Karl O.; William W. Wilson, Gary J. Schrobilgen, Raman V. Chirakal, George A. Olah. On the existence of pentacoordinated nitrogen. Inorganic Chemistry. March 1998, 27 (5): 789–790. doi:10.1021/ic00278a009. 
  8. ^ Holger F. Bettinger, Paul v. R. Schleyer, and Henry F. Schaefer III. NF5 — Viable or Not?. Journal of the American Chemical Society. 27 October 1998, 120 (44): 11439–11448. doi:10.1021/ja9813921.