Pentafluorure de chlore

Le pentafluorure de chlore est un composé chimique de formule ClF₅. C'est un gaz incolore hygroscopique à odeur suffocante, plus lourd que l'air (densité relative de 4,5), et liquide à pression atmosphérique entre −95 °C et −13,1 °C avec une masse volumique d'environ 1 900 kg·m⁻³. Sa première synthèse remonte à 1963^[5].

Pentafluorure de chlore
Structure du pentafluorure de chlore
Identification
No CAS	13637-63-3
No ECHA	100.033.734
No CE	237-123-6
PubChem	61654
SMILES	FCl(F)(F)(F)F PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/ClF5/c2-1(3,4,5)6 InChIKey : KNSWNNXPAWSACI-UHFFFAOYSA-N
Propriétés chimiques
Formule	ClF5  [Isomères]ClF5
Masse molaire[1]	130,445 ± 0,002 g/mol Cl 27,18 %, F 72,82 %,
Propriétés physiques
T° fusion	−95 °C[2]
T° ébullition	−13,1 °C
Masse volumique	~ 1 900 kg·m-3 à l'état liquide
Point critique	52,7 bar, 142,85 °C [3]
Précautions
SGH
Attention H270, H314 et H331 H270 : Peut provoquer ou aggraver un incendie ; comburant H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires H331 : Toxique par inhalation
Directive 67/548/EEC[4]
T+ C O Symboles : T+ : Très toxique C : Corrosif O : Comburant Phrases R : R8 : Favorise l’inflammation des matières combustibles. R26 : Très toxique par inhalation. R35 : Provoque de graves brûlures. Phrases S : (S1) : Conserver sous clé. S9 : Conserver le récipient dans un endroit bien ventilé. S17 : Tenir à l’écart des matières combustibles. S26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste. S45 : En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible, lui montrer l’étiquette). S36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage. Phrases R : 8, 26, 35, Phrases S : (1), 9, 17, 26, 36/37/39, 45,
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Structure

La molécule ClF₅ présente une structure pyramidale carrée, que la théorie VSEPR permet bien d'expliquer :

• l'atome de chlore est au centre de la molécule
• l'un des atomes de fluor est lié au chlore par une liaison covalente
• la position diamétralement opposée à cet atome de fluor est occupée par un doublet non liant de l'atome de chlore
• les quatre derniers atomes de fluor s'organisent en deux alignements F–Cl–F orthogonaux formant la base de la pyramide, chaque alignement F–Cl–F permettant une liaison à trois centres et quatre électrons

Les cinq atomes de fluor sont donc liés au chlore par des liaisons de type différent, ce qui se traduit par des longueurs de liaison différentes :

• ~ 162 pm pour la liaison Cl–F covalente
• ~ 172 pm pour les liaisons Cl–F impliquées dans une liaison 3c-4e

Ceci a été confirmé par résonance magnétique nucléaire du fluor 19^[6].

Préparation

Le mode de production traditionnel du ClF₅ consiste à faire réagir du fluor F₂ avec de trifluorure de chlore ClF₃ à température et pressions élevées, ou avec un fluorure alcalin tel que KClF₄, RbClF₄ ou CsClF₄^[6] :

F₂ + ClF₃ → ClF₅

F₂ + KClF₄ → ClF₅ + KF

Depuis, on a découvert en 1981 que le fluorure de nickel NiF₂ est un excellent catalyseur de la synthèse du pentafluorure de chlore^[7].

Applications

Le pentafluorure de chlore est un agent fluorant puissant. Il réagit avec l'eau en produisant du perchlorate de fluor FClO₄ et du fluorure d'hydrogène HF.

ClF₅ + 3 H₂O → HClO₃ + 5 HF

Le pentafluorure de chlore réagit rapidement à la température de la pièce avec tous les éléments excepté l'azote, l'oxygène, le chlore et ceux de la famille des gaz nobles (hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon)^[8].

Il est parfois utilisé comme ergol avec l'hydrazine N₂H₄ pour la propulsion spatiale et pour la propulsion des missiles en raison de ses propriétés physiques qui permettent son stockage prolongé — y compris en orbite — et de sa densité élevée qui en fait un comburant légèrement plus efficace que le peroxyde d'azote N₂O₄. De surcroît, le propergol ClF₅ / N₂H₄ est hypergolique.