三氟氧化氯

化合物

三氟氧化氯是一种有腐蚀性的液体,化学式 ClOF3。它是作为火箭燃料氧化剂秘密开发的。

三氟氧化氯
IUPAC名
trifluoro(oxo)-λ5-chlorane
识别
CAS号 30708-80-6 [1]
PubChem 15388485
SMILES
 
  • O=Cl(F)(F)F
性质
化学式 ClF3O
摩尔质量 108.45 g·mol−1
密度 1.865
熔点 −42 °C(231 K)
沸点 29 °C(302 K)
结构
晶体结构 单斜晶系
空间群 C2/m
晶格常数 a = 9.826[2], b = 12.295[2], c = 4.901[2]
晶格常数 α = 90°, β = 90.338[2]°, γ = 90°
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中氧化性物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中腐蚀性物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有毒物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中对环境有害物质的标签图案
GHS提示词 Danger
相关物质
相关化学品 BrOF3
IOF3
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

制备

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三氟氧化氯最初是在洛克丹公司英语Rocketdyne[3]氟气处理一氧化氯而成的。其它和氟气反应会产生三氟氧化氯的化合物包括亚氯酸钠 (NaClO2)和硝酸氯 (ClONO2)。最早发表的生产方法是一氧化氯与二氟化氧 (OF2)的反应。其它三氟氧化氯的制备方法还有 ClO2F 或ClO3F 和氯的氟化物的反应。[4]更安全的方法是硝酸氯与氟气的反应。

反应

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作为一种路易斯碱,它和路易斯酸反应会失去一个氟离子,产生二氟氧化氯(V)阳离子 (ClOF2+)。[5]这种阳离子的化合物包括 ClOF2BF4、ClOF2PF6、ClOF2AsF6、ClOF2SbF6、ClOF2BiF6、ClOF2VF6、ClOF2NbF6、ClOF2TaF6、ClOF2UF6、ClOF2、(ClOF2)2SiF6、ClOF2MoOF5、ClOF2Mo2O4F9[4]和ClOF2PtF6[6]

三氟氧化氯也是路易斯酸,可以和强碱反应,产生四氟氧化氯(V)阴离子 ClOF4[7]它的化合物包括KClOF4、RbClOF4和 CsClOF4.[8]这允许对ClOF3进行纯化,因为在室温下会形成固体配合物,但它会在50至70°C 之间分解。其他可能的杂质要么不会与碱金属氟化物反应,要么即使反应也不容易分解。[3]

三氟氧化氯会氟化各种材料,例如一氧化二氯、氯气、玻璃或石英。[3] ClOF3 + Cl2O → 2ClF + ClO2F;[6] 2ClOF3 + 2Cl2 → 6ClF + O2 当200 °C[6]

三氟氧化氯和氟磺酸氯反应:

ClOF3 + 2ClOSO2F → S2O5F2 + FClO2 + 2ClF

反应也会产生SO2F2[3]

三氟氧化氯可以在一个反应中同时氟化和氧化,例如和五氟化钼四氟化硅四氟肼(超过100 °C)、HNF2F2NCOF的反应。和HNF2 的反应主要产生 NF3O,而和MoF5的反应产物为 MoF6 和MoOF4[3]

它和碳氢化合物爆炸性反应。[3]它和少量的水反应,产生ClO2F 和HF[3]

超过 280 °C时,ClOF3分解成氧气和三氟化氯[3]

性质

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三氟氧化氯的沸点为 29 °C。[9]

三氟氧化氯的分子形状为三角双锥,垂直方向上有两个氟原子 (Fa) ,水平方向上则有一个孤电子对、氧原子和氟原子 (Fe)[7]Cl=O 键长为 1.405 Å、Cl-Fe 1.603 Å、Cl-Fa 1.713 Å,而∠FeClO 键角为 109°、∠FaClO=95°和∠FaClFe=88°。三氟氧化氯分子有极性,Cl 有 +1.76 电荷、O 有 −0.53电荷、水平方向的 F 有−0.31 电荷而垂直方向的 F 有−0.46电荷。整个分子的偶极矩为 1.74 D。[10]

参考资料

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  1. ^ Urben, Peter. Bretherick's Handbook of Reactive Chemical Hazards. Elsevier. 2017: 784 [2021-09-21]. ISBN 9780081010594. (原始内容存档于2021-09-25) (英语). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Ellern, Arkady; Boatz, Jerry A.; Christe, Karl O.; Drews, Thomas; Seppelt, Konrad. The Crystal Structures of ClF3O, BrF3O, and [NO]+[BrF4O]. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. September 2002, 628 (9–10): 1991–1999. doi:10.1002/1521-3749(200209)628:9/10<1991::AID-ZAAC1991>3.0.CO;2-1. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Academic Press. 1976: 331–333 [2021-09-21]. ISBN 9780080578675. (原始内容存档于2021-09-27) (英语). 
  4. ^ 4.0 4.1 Holloway, John H.; Laycock, David. Advances in Inorganic Chemistry. Academic Press. 1983: 178–179 [2021-09-21]. ISBN 9780080578767. (原始内容存档于2021-09-25) (英语). 
  5. ^ Christe, Karl O.; Curtis, E. C.; Schack, Carl J. Chlorine trifluoride oxide. VII. Difluorooxychloronium(V) cation, ClF2O+. Vibrational spectrum and force constants. Inorganic Chemistry. September 1972, 11 (9): 2212–2215. doi:10.1021/ic50115a046. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Schack, Carl J.; Lindahl, C. B.; Pilipovich, Donald.; Christe, Karl O. Chlorine trifluoride oxide. IV. Reaction chemistry. Inorganic Chemistry. September 1972, 11 (9): 2201–2205. doi:10.1021/ic50115a043. 
  7. ^ 7.0 7.1 Christe, K.O.; Schack, C.J. Chlorine Oxyfluorides. Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry 18. 1976: 319–398. ISBN 9780120236183. doi:10.1016/S0065-2792(08)60033-3. 
  8. ^ Christe, Karl O.; Schack, Carl J.; Pilipovich, Donald.; Christe, Karl O. Chlorine trifluoride oxide. V. Complex formation with Lewis acids and bases. Inorganic Chemistry. September 1972, 11 (9): 2205–2208. doi:10.1021/ic50115a044. 
  9. ^ Pilipovich, Donald.; Lindahl, C. B.; Schack, Carl J.; Wilson, R. D.; Christe, Karl O. Chlorine trifluoride oxide. I. Preparation and properties. Inorganic Chemistry. September 1972, 11 (9): 2189–2192. doi:10.1021/ic50115a040. 
  10. ^ Oberhammer, Heinz.; Christe, Karl O. Gas-phase structure of chlorine trifluoride oxide, ClF3O. Inorganic Chemistry. January 1982, 21 (1): 273–275. doi:10.1021/ic00131a050.