Trifluorure de chlore

Le trifluorure de chlore est un interhalogène de formule ClF₃. C'est un gaz incolore, très oxydant et extrêmement réactif, corrosif et toxique, qui se condense en un liquide jaune verdâtre. C'est sous sa forme liquide pressurisée à température ambiante qu'on le trouve le plus souvent sur le marché. On s'en sert surtout dans les phases de nettoyage et pour les gravures chimiques dans l'industrie des semiconducteurs^[5],[6], et dans quelques autres processus industriels^[7]. Il est notamment utilisé dans le cycle du combustible nucléaire^[8], où il permet la conversion des composés fluorés d'uranium non volatils en hexafluorure d'uranium UF₆, composé aux propriétés physiques intéressantes du point de vue des procédés d'enrichissement de l'uranium :

Trifluorure de chlore
Structure du trifluorure de chlore.
Identification
No CAS	7790-91-2
No ECHA	100.029.301
No CE	232-230-4
No RTECS	FO2800000
PubChem	24637
ChEBI	30123
SMILES	FCl(F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/ClF3/c2-1(3)4 Std. InChIKey : JOHWNGGYGAVMGU-UHFFFAOYSA-N
Apparence	Gaz ou liquide jaunâtre
Propriétés chimiques
Formule	ClF3  [Isomères]ClF3
Masse molaire[1]	92,448 ± 0,002 g/mol Cl 38,35 %, F 61,65 %,
Moment dipolaire	0,6 ± 0,1 D[2]
Propriétés physiques
T° fusion	−76,31 °C[3]
T° ébullition	11,8 °C[3]
Masse volumique	3,57 kg·m-3[3] à 0 °C et 101,3 kPa
Pression de vapeur saturante	141,9 kPa[3] à 20 °C
Point critique	174,0 °C ; 5,78 MPa ; 0,548 g·cm-3[3]
Point triple	−76,3 °C[3]
Thermochimie
ΔvapH°	27,53 kJ·mol-1 (1 atm, 11,75 °C)[4]
Précautions
SGH[3]
Danger H270, H280, H314, H330, H370, H372 et H400 H270 : Peut provoquer ou aggraver un incendie ; comburant H280 : Contient un gaz sous pression ; peut exploser sous l'effet de la chaleur H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires H330 : Mortel par inhalation H370 : Risque avéré d'effets graves pour les organes (ou indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus)(indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H372 : Risque avéré d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H400 : Très toxique pour les organismes aquatiques
Transport[3]
265 1749 Code Kemler : 265 : gaz toxique et comburant (favorise l'incendie) Numéro ONU : 1749 : TRIFLUORURE DE CHLORE Classe : 2.3 Étiquettes : 2.3 : Gaz toxiques (correspond aux groupes désignés par un T majuscule, c'est-à-dire T, TF, TC, TO, TFC et TOC). 5.1 : Matières comburantes 8 : Matières corrosives Emballage : -
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Son utilisation comme comburant pour la propulsion spatiale est aujourd'hui abandonnée compte tenu des risques réels pour le matériel et pour les équipages ; c'est en revanche la matière première pour la synthèse du pentafluorure de chlore ClF₅, un ergol parfois employé, le plus souvent avec l'hydrazine, pour la propulsion de certains missiles^[9].

Préparation et propriétés

Le trifluorure de chlore a été préparé pour la première fois en 1931 par deux chimistes allemands, O. Ruff et H. Kug, par réaction du fluor F₂ sur le chlore Cl₂, ce qui produisit également du monofluorure de chlore ClF, séparé du trifluorure par distillation^[10] :

3 F₂ + Cl₂ → 2 ClF₃

La molécule ClF₃ a une forme en T, que la théorie VSEPR permet bien d'expliquer :

• l'atome de chlore est au centre de la molécule
• l'une des trois positions équatoriales est occupée par un atome de fluor lié au chlore par une liaison covalente
• les deux autres positions équatoriales sont occupées chacune par un doublet non liant
• les deux positions axiales sont occupées chacune par un atome de fluor formant, avec l'atome de chlore central, une liaison à trois centres et quatre électrons, normalement rectiligne mais ici un peu repliée sous l'effet des deux doublets non liants.

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

• ~ 159,8 pm pour la liaison Cl-F équatoriale (covalente)
• ~ 169,8 pm pour les liaisons Cl-F axiales (qui participent à la liaison 3c-4e)

Le trifluorure de chlore pur est stable jusqu'à 180 °C, mais se décompose en F₂ et Cl₂ au-dessus de cette température.

C'est un oxydant très énergique ainsi qu'un agent fluorant. Très réactif avec la plupart des matières organiques et minérales, il est susceptible d'en déclencher la combustion spontanément, parfois de façon explosive. Les métaux donnent généralement des chlorures et des fluorures, le phosphore donne du trichlorure de phosphore PCl₃ et du pentafluorure de phosphore PF₅, tandis que le soufre donne du dichlorure de soufre SCl₂ ainsi que du tétrafluorure de soufre SF₄. À température ambiante, le sulfure d'hydrogène H₂S explose au contact du trifluorure de chlore, lequel s'hydrolyse également violemment au contact de l'eau H₂O en dégageant un ensemble de composés dangereux, à commencer par le fluorure d'hydrogène HF.

Risques

Le trifluorure de chlore étant plus oxydant que l'oxygène lui-même, il est susceptible de corroder des céramiques ainsi que divers matériaux à base d'oxydes minéraux qu'on imagine souvent être incombustibles, y compris le béton. Tout ce qui est amené à entrer en contact avec du ClF₃ doit être soigneusement sélectionné et nettoyé de toute impureté qui pourrait déclencher une combustion explosive.

Au contact de la peau, le trifluorure de chlore peut déclencher la combustion des tissus vivants s'il est en quantité suffisante. Il s'hydrolyse en attaquant les cellules, en une réaction très exothermique qui provoque des brûlures à la fois thermiques et chimiques, notamment par l'acide fluorhydrique libéré dans les tissus par cette hydrolyse. Cet acide est, de surcroît, toxique, de sorte que l'empoisonnement métabolique s'ajoute aux dégradations physiologiques causées par sa nature acide.