三氟化氯
三氟化氯是无机化合物 ，分子式为ClF3。这种物质气态时为淡黄色，有毒，有强腐蚀性，液态时为黄绿色，一般将其压缩成液体销售。该物质主要的用途是火箭燃料，半导体行业中清洗和蚀刻，[2][3] 核反应堆加工燃料，[4] 以及一些其他用途。[5]
| 三氟化氯 | |
|---|---|
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| 识别 | |
| CAS号 | 7790-91-2 
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| PubChem | 24637 |
| SMILES |
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| InChI |
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| UN编号 | 1749 |
| RTECS | FO2800000 |
| 性质 | |
| 化学式 | ClF3 |
| 摩尔质量 | 92.448 g·mol⁻¹ |
| 外观 | 淡黄色气体或液体 |
| 密度 | 1.77 g/cm3 (13 °C, 液态) 0.004 g/cm3 (气态) |
| 熔点 | −76.34 °C |
| 沸点 | 11.75 °C |
| 溶解性（水） | 水解 |
| 黏度 | 9.182 x 10−5 Pa s |
| 结构 | |
| 分子构型 | T形 |
| 热力学 | |
| ΔfHm⦵298K | −158.87 kJ/mol [1] |
| S⦵298K | 281.59 J K−1 mol−1 [1] |
| 危险性 | |
| MSDS | ICSC 0656 |
| 欧盟编号 | 没有记录 |
| 主要危害 | 毒性, 腐蚀性, 氧化性. |
| NFPA 704 |
 0
4
3
OX
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| 相关物质 | |
| 相关化学品 | 五氟化氯 一氟化氯 三氟化溴 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
制备、结构和性质
拉夫（Ruff）和克鲁格（Krug）在1930年氟化氯气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。[6]
- 3 F2 + Cl2 → 2 ClF3
ClF3 形状大致是T形, 有一个短键 (1.598 Å) 和两个长键 (1.698 Å).[7] ，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.
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
危害
ClF3是一种很强的氧化剂、氟化剂。它能与大多数无机物、有机物甚至塑料反应，可以使许多材料不接触明火就燃烧。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。
超过氧氣的氧化性使ClF3能腐蚀通常视为不可燃的含氧材料。它能点燃沙子、石棉、玻璃，甚至是在氧气中烧过的灰烬。在一起工業意外中，900千克ClF3泄漏，烧穿了下面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经过仔細挑選和清潔, 因為任何污染都可以烧穿钝化膜，使它来不及重新生成。ClF3引起的火势只能用氮气或氩气等稀有气体灭掉，且使该区域保持凉爽，直至反应结束。[9]ClF3会与水或二氧化碳反应，因此用它们灭火只会适得其反。[10]
应用
军事应用
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火箭推进剂
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]中阐述了以下困難：
| “ | 这种物质毒性自然极强，但這并不是最重要的問題，其与任何燃料相遇都會燃烧，而且這一过程发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、測試工程師们接觸都會燃烧，一些常识中的不燃物质如石棉、砂子和水与三氟化氯接触也无一幸免，尤其和水反应會产生爆炸。它可以被存放在某些工程金屬裡——鋼、銅、鋁等，因為在界面处形成稳定氟化物薄膜隔离了金屬和三氟化氯，就像鋁表面那层不易被发觉的致密氧化鋁，保护鋁不至在空氣中变成粉末。值得注意，当這層氟化物融化或被刮伤，且无法及时再次形成时，消防员就要面對一场金屬——三氟化氯反应引发的火灾。對於应对这种事故，我一直以來都建议实验人员为自己准备一雙好跑鞋。[11][12][13] | ” |
半导体工业
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。[14] 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。[14] 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。[14]
参考资料
- ^ 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]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于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]. （原始内容 (PDF)存档于2006-03-18）.
- ^ Chlorine Trifluoride Handling Manual. Canoga Park, CA: Rocketdyne: 24. September 1961 [2012-09-19]. （原始内容存档于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 互联网档案馆的存檔，存档日期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]