三氟化氯
三氟化氯(chlorine trifluoride)是无机化合物,分子式为ClF₃,分子量为92.45。
有毒,有强腐蚀性,常温下为无色气体,降温变为绿色液体。可用作氟化剂、燃烧剂、推进剂中的氧化剂、高温金属的切割油等。
基本信息
- 中文名
三氟化氯
- 外文名
chlorine trifluoride
- 化学式
ClF3
- 分子量
92.45
- CAS登录号
7990-91-2
理化性质
三氟化氯分子式为ClF3,分子量为92.45,无色气体或绿色液体,沸点为11.3℃,熔点为-76.3℃,相对密度为3.14(空气=1)。有毒,有强腐蚀性。1
拉夫(Ruff)和克鲁格(Krug)在1930年制成氟化氯并报告发现了这种物质。这个反应也生成一氟化氯,可以通过蒸馏使其分离。
3 F2+ Cl2→ 2 ClF3
ClF3形状大致是T形, 有一个短键(1.598Å)和两个长键(1.698Å),孤对电子占据两个赤道位置,与共价键一起形成一个三角双锥,这种结构与价层电子对互斥理论的预测一致,较长的Cl-F键与超价键一致。
纯净的ClF3在180℃以下的玻璃容器中是稳定的,一旦超过这个温度就会通过自由基反应分解。
稳定性:是已知最活泼的化合物之一。立即侵蚀玻璃,有湿气时也腐蚀石英,与水剧烈反应而爆炸,与有机物反应有火光发生。
用途
(1)ClF3主要用来生产六氟化铀(UF6),以及核燃料加工和后期处理,主要反应方程式:
U + 3 ClF3→ UF6+ 3 ClF
(2)在半导体工业中,三氟化氯被用于清洁化学气相沉积的反应舱。它具有不需拆卸反应舱就可以清除舱壁附着的半导体物质这一优点。与其它代替的清洁剂不同,三氟化氯在使用前不需经过等离子体激化,因为反应舱残存的热量就足以使它分解并与半导体材料反应。
合成方法
制备原理:Cl2+3F2=2ClF3
装置与制ClF相同,可以不用液态氧冷却的阱,反应炉加热到230℃。氯气流缓慢一些,如果F2对于Cl2比例太小则主要形成ClF,且ClF3中含有较多的Cl2。
氟化完毕后,把用干冰冷却的气阱中凝集的液态ClF3倾入一个用干冰冷却的钢瓶中并立刻关紧。当钢瓶温度升至室温时,连上压力计打开阀门,使气体放出直至0.122MPa为止。此时ClF、Cl2、F2均挥发逸出。收率随Cl2∶F2的值而定,一般可达60%~85%。2
危害
ClF3是一种很强氧化剂和氟化剂。它能大多数有机和无机材料甚至塑料反应,可以使许多材料不接触火源就燃烧。这些反应通常很剧烈,在某些情况下甚至会爆炸。它与一些金属反应生成氯化物和氟化物,与磷反应生成三氯化磷和五氟化磷,而与硫反应生成二氯化硫和四氟化硫。ClF3也与水剧烈反应,水解产生有毒物质,例如氟化氢。H2S在室温下与ClF3混合就会爆炸。
能够超越氧气的氧化能力导致对含氧材料的腐蚀性,这些材料通常被认为不可燃的。在一工业意外中,900 kg的ClF3泄漏把自身烧通30厘米的混凝土和90厘米的砾石。任何和三氟化氯接触的设备,必须仔细挑选和清洁,因为任何污染可以点燃接触物。