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三氟化氯

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三氟化氯
識別
CAS號 7790-91-2 ?
PubChem 24637
SMILES
InChI
UN編號 1749
RTECS FO2800000
性質
化學式 ClF3
摩爾質量 92.448 g·mol⁻¹
外觀 淡黃色氣體或液體
密度 1.77 g/cm3 (13 °C, 液態)
0.004 g/cm3 (氣態)
熔點 −76.34 °C
沸點 11.75 °C
溶解性 水解
黏度 9.182 x 10−5 Pa s
結構
分子構型 T形
熱力學
ΔfHmo298K −158.87 kJ/mol [1]
So298K 281.59 J K−1 mol−1 [1]
危險性
MSDS ICSC 0656
歐盟編號 沒有記錄
主要危害 毒性, 腐蝕性, 氧化性.
NFPA 704
0
4
3
OX
相關物質
相關化學品 五氟化氯
一氟化氯
三氟化溴
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

三氟化氯無機化合物 ,分子式為ClF3。這種物質氣態時為淡黃色,有毒,有強腐蝕性,液態時為黃綠色,一般將其壓縮成液體銷售。該物質主要的用途是火箭燃料半導體行業中清洗和蝕刻,[2][3] 核反應堆加工燃料,[4] 以及一些其他用途。[5]

製備、結構和性質

拉夫(Ruff)和克魯格(Krug)在1930年氟化氯氣並報告發現了這種物質。這個反應也生成一氟化氯,可以通過蒸餾使其分離。[6]

3 F2 + Cl2 → 2 ClF3

ClF3 形狀大致是T形, 有一個短鍵 (1.598 Å) 和兩個長鍵 (1.698 Å).[7] ,孤對電子佔據兩個赤道位置,與共價鍵一起形成一個三角雙錐。這種結構與價層電子對互斥理論的預測一致。較長的Cl-F鍵與超價鍵一致.

純淨的ClF3在180℃以下的玻璃容器中是穩定的,一旦超過這個溫度就會通過自由基反應分解。

ClF3主要用來生產六氟化鈾(UF6),以及核燃料加工和後期處理,主要反應方程式:

U + 3 ClF3 → UF6 + 3 ClF

危害

ClF3是一種很強的氧化劑氟化劑。它能與大多數無機物有機物甚至塑料反應,可以使許多材料不接觸明火就燃燒。這些反應通常很劇烈,在某些情況下甚至會爆炸。它與一些金屬反應生成氯化物氟化物,與反應生成三氯化磷五氟化磷,而與反應生成二氯化硫四氟化硫。 ClF3也與水劇烈反應,水解產生有毒物質,例如氟化氫H2S在室溫下與ClF3混合就會爆炸。

超過氧氣的氧化性使ClF3能腐蝕通常視為不可燃的含氧材料。在一起工業意外中,900千克ClF3泄漏,燒穿了下面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經過仔細挑選和清潔, 因為任何污染都可以燒穿鈍化膜,使它來不及重新生成。

軍事應用

火箭推進劑

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·克拉克英語John Drury Clark在其著作《Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants》[9]中闡述了以下困難:

半導體工業

在半導體工業中,三氟化氯被用於清潔化學氣相沉積的反應艙。[12] 它具有不需拆卸反應艙就可以清除艙壁附着的半導體物質這一優點。[12] 與其它代替的清潔劑不同,三氟化氯在使用前不需經過等離子體激化,因為反應艙殘存的熱量就足以使它分解並與半導體材料反應。[12]

參考資料

  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" 互聯網檔案館存檔,存檔日期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" 互聯網檔案館存檔,存檔日期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]. (原始內容 (PDF)存檔於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 互聯網檔案館存檔,存檔日期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]
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三氟化氯
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