三氟化氯
三氟化氯是無機化合物 ，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]
| 三氟化氯 | |
|---|---|
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| 識別 | |
| CAS號 | 7790-91-2 
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| PubChem | 24637 |
| SMILES |
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| InChI |
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| 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） | 水解 |
| 黏度 | 9.182 x 10−5 Pa s |
| 結構 | |
| 分子構型 | T形 |
| 熱力學 | |
| ΔfHm⦵298K | −158.87 kJ/mol [1] |
| S⦵298K | 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
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| 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，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
製備、結構和性質
編輯拉夫（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.
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
編輯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和氟化物，與磷反應生成三氯化磷和五氟化磷，而與硫反應生成二氯化硫和四氟化硫。 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。它能點燃沙子、石棉、玻璃，甚至是在氧氣中燒過的灰燼。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。ClF3引起的火勢只能用氮氣或氬氣等稀有氣體滅掉，且使該區域保持涼爽，直至反應結束。[9]ClF3會與水或二氧化碳反應，因此用它們滅火只會適得其反。[10]
應用
編輯軍事應用
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火箭推進劑
編輯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·克拉克在其著作《Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants》[11]中闡述了以下困難：
| “ | 這種物質毒性自然極強，但這並不是最重要的問題，其與任何燃料相遇都會燃燒，而且這一過程發生速度是如此之快以致於測量不到點火延遲。它和衣服、木頭、測試工程師們接觸都會燃燒，一些常識中的不燃物質如石棉、砂子和水與三氟化氯接觸也無一倖免，尤其和水反應會產生爆炸。它可以被存放在某些工程金屬裏——鋼、銅、鋁等，因為在界面處形成穩定氟化物薄膜隔離了金屬和三氟化氯，就像鋁表面那層不易被發覺的緻密氧化鋁，保護鋁不至在空氣中變成粉末。值得注意，當這層氟化物融化或被刮傷，且無法及時再次形成時，消防員就要面對一場金屬——三氟化氯反應引發的火災。對於應對這種事故，我一直以來都建議實驗人員為自己準備一雙好跑鞋。[11][12][13] | ” |
半導體工業
編輯在半導體工業中，三氟化氯被用於清潔化學氣相沉積的反應艙。[14] 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。[14] 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。[14]
參考資料
編輯- ^ 1.0 1.1 NIST Chemistry Webbook
- ^ 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.
- ^ United States Patent 5849092 "Process for chlorine trifluoride chamber cleaning". [2010-10-03]. （原始內容存檔於2007-09-26）.
- ^ 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.
- ^ United States Patent 6034016 "Method for regenerating halogenated Lewis acid catalysts". [2010-10-03]. （原始內容存檔於2007-09-26）.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Air Products Safetygram. 存档副本 (PDF). [2014-02-16]. （原始內容 (PDF)存檔於2006-03-18）.
- ^ Chlorine Trifluoride Handling Manual. Canoga Park, CA: Rocketdyne: 24. September 1961 [2012-09-19]. （原始內容存檔於2013-04-08）.
- ^ Patnaik, Pradyot. A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances 3rd. Wiley-Interscience. 2007: 478. ISBN 978-0-471-71458-3.
- ^ 11.0 11.1 Clark, John D. Ignition!. UMI Books on Demand. 2001. ISBN 0-8135-0725-1.
- ^ ClF3/Hydrazine 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2007-02-02. at the Encyclopedia Astronautica.
- ^ Clark, John D. Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. 1972: 214. ISBN 0813507251.
- ^ 14.0 14.1 14.2 In Situ Cleaning of CVD Chambers. Semiconductor International. 1999-01-06.[永久失效連結]