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五氟化氮

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五氟化氮
IUPAC名
Nitrogen pentafluoride
識別
CAS號 13706-13-3  checkY
SMILES
 
  • FN(F)(F)(F)F(共價化合物)
    F[N+](F)(F)F.[F-](離子化合物)
性質
化學式 NF5
摩爾質量 108.999 g·mol⁻¹
結構
分子構型 三角雙錐
偶極矩 0 D
相關物質
其他陽離子 五氟化磷
五氟化砷
五氟化銻
五氟化鉍
相關化學品 三氟化氮
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

五氟化氮是根據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)而假想出的一種化合物。五氟化氮的理論模型有兩種,一種是三角雙錐形的分子NF5對稱群為D3h;另一種是離子晶體NF4+F-[1]

離子晶體

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1966年,W·E·托爾貝格首先合成了+5價的氮氟化物,均為四氟銨鹽,例如:氟銻酸四氟銨(NF4SbF6)和氟砷酸四氟銨(NF4AsF6)。[2]在1971年,C·T·格切爾宣佈製得了氟硼酸四氟銨(NF4BF4)以及另一種假定是氟化四氟銨(NF4+F-)的白色固體。這是將三氟化氮與氟單質在77K下通過電子輻射方法製得的,溫度超過143K時又分解成原先的反應物。[2]

理論研究也表明這種離子化合物很容易分解成三氟化氮氣。[3]

卡爾·O·克里斯特製得了六氟合鎳(IV)酸四氟銨((NF4)2NiF6)。[4]他也製備氟錳酸鹽、氟鈾酸鹽、高氯酸鹽、氟磺酸鹽和一些含有N2F3+離子的鹽。[5]克里斯特嘗試在20°C下的無水氟化氫中通過NF4SbF6與HF的複分解反應製備氟化四氟銨。然而,他獲得的是組成不定的溶劑合氟氫化銨(NF4HF2·nHF)。在室溫下它是一種乳白色液體,冷卻時就會變成漿糊狀,在-45°C下形成白色固體。如果再次加熱它,會產生F2、HF和NF3氣體。[6]這種物質有CAS號,為71485-49-9。[7]

I·J·所羅門認為五氟化氮可由NF4AsF6的熱分解製得,但是實驗結果並不支持他的看法。[8]

分子

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五氟化氮的可能結構

要形成NF5分子,五個氟原子就要在氮原子周圍排列成三角雙錐結構(能量最低)。然而,由於氮原子半徑太小,不足以容納五個氟原子,因此只有使鍵長增大。因為形成五個化學鍵需要用到3d軌道,它的能量比2s和2p高得多,所以還是不穩定。[1] 計算表明NF5分子在熱力學上自發地分解成NF4和F自由基,並放出8.5 kcal mol-1的能量,過渡態能壘(活化能)大約是20±4 kcal mol-1[9]

參考文獻

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  1. ^ 1.0 1.1 Lewars, Errol G. Modeling marvels: computational anticipation of novel molecules. Springer. 03/11/2008: 53–67 [2012-07-25]. (原始內容存檔於2015-02-12). 
  2. ^ 2.0 2.1 Goetschel, C. T.; V. A. Campanile, R. M. Curtis, K. R. Loos, C. D. Wagner, J. N. Wilson. Preparation and properties of perfluoroammonium tetrafluoroborate, NF4+BF4-, and possible synthesis of nitrogen pentafluoride. Inorganic Chemistry. July 1972, 11 (7): 1696–1701. doi:10.1021/ic50113a051. 
  3. ^ 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. Synthesis and characterization of bis(tetrafluoroammonium) hexafluoronickelate 16 (9): 2238–2241. September 1977. doi:10.1021/ic50175a017. 
  5. ^ Christe, Karl O. Research Studies in NF4+ Salts (PDF). Rockwell. 23 May 1980 [23 February 2012]. (原始內容存檔 (PDF)於2015-12-27). 
  6. ^ Christe, Karl O. Research Studies in NF4+ Salts (PDF). Rockwell: G7–G8. 23 May 1980 [23 February 2012]. (原始內容存檔 (PDF)於2015-12-27). 
  7. ^ 查詢時名稱為:Tetrafluoroammonium bifluoride
  8. ^ 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. 
  9. ^ 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.