三氟化氯

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三氟化氯
识别
CAS号 7790-91-2 ?
PubChem 24637
SMILES
InChI
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 水解
黏度 9.182 x 10−5 Pa s
结构
分子构型 T形
热力学
ΔfHmo298K −158.87 kJ/mol [1]
So298K 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
NFPA 704.svg
0
4
3
OX
相关物质
相关化学品 五氟化氯
氟化氯
三氟化溴
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

三氟化氯无机化合物 ,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]

制备、结构和性质[编辑]

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[编辑]

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氟化物,与反应生成三氯化磷五氟化磷,而与反应生成二氯化硫四氟化硫。 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。

军事应用[编辑]

火箭推进剂[编辑]

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·克拉克英语John D. Clark在其著作《Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants》[9]中阐述了以下困難:

半导体工业[编辑]

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[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 NIST Chemistry Webbook
  2. ^ 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. 
  3. ^ United States Patent 5849092 "Process for chlorine trifluoride chamber cleaning" 互联网档案馆存檔,存档日期2007-09-26.
  4. ^ Board on Environmental Studies and Toxicology, (BEST). Acute Exposure Guideline Levels for Selected Airborne Chemicals: Volume 5. Washington D.C.: National Academies Press. 2006: 40. ISBN 0-309-10358-4. 
  5. ^ United States Patent 6034016 "Method for regenerating halogenated Lewis acid catalysts" 互联网档案馆存檔,存档日期2007-09-26.
  6. ^ 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. 
  7. ^ Smith, D. F. The Microwave Spectrum and Structure of Chlorine Trifluoride. The Journal of Chemical Physics (AIP Publishing). 1953, 21 (4): 609–614. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1698976. 
  8. ^ Air Products Safetygram. 存档副本 (PDF). [2014-02-16]. (原始内容 (PDF)存档于2006-03-18). 
  9. ^ 9.0 9.1 Clark, John D. Ignition!. UMI Books on Demand. 2001. ISBN 0-8135-0725-1. 
  10. ^ ClF3/Hydrazine 互联网档案馆存檔,存档日期2007-02-02. at the Encyclopedia Astronautica.
  11. ^ Clark, John D. Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. 1972: 214. ISBN 0813507251. 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 In Situ Cleaning of CVD Chambers. Semiconductor International. 1999-01-06. [永久失效連結]