Фтористый кислород - Oxygen fluoride

Дифторид кислорода

Фториды кислорода соединения элементов кислород и фтор с общей формулой O_пF₂, где n = от 1 до 6. Известно много различных фторидов кислорода:

• дифторид кислорода (ИЗ₂)
• дифторид кислорода (O₂F₂)
• дифторид триоксигена или дифторид озона (O₃F₂)^[1][2]
• дифторид тетраоксигена (O₄F₂)^[3]
• дифторид пентаоксигена (O₅F₂)
• гексао дифторид кислорода (O₆F₂)^[4]
• монофторид диоксида (O₂F)

тетраоксигендифторид

Фториды кислорода сильные окислители с высокой энергией и могут высвобождать свою энергию мгновенно или с контролируемой скоростью. Таким образом, эти соединения привлекли большое внимание как потенциальные топлива в реактивные двигательные установки.^[5]

Синтез

Вот некоторые методы синтеза и реакции трех наиболее распространенных фторидов кислорода - дифторида кислорода (OF₂), дифторид кислорода (O₂F₂) и дифторид озона (O₃F₂).

Дифторид кислорода (OF₂)

Дифторид кислорода

Обычный препаративный метод включает фторирование едкий натр:

${\displaystyle {\ce {2F2 + 2NaOH -> OF2 + 2NaF + H2O}}}$

ИЗ₂ представляет собой бесцветный газ при комнатной температуре и желтую жидкость при температуре ниже 128 К. Дифторид кислорода имеет раздражающий запах и ядовит.^[3] Количественно реагирует с водными галогенкислотами, освобождая галогены:

${\displaystyle {\ce {OF2 + 4HCl -> 2Cl2 + 2HF + 2H2O}}}$

Он также может вытеснять галогены из их солей.^[3] Это одновременно эффективный фторирующий агент и сильный окислитель. При реакции с ненасыщенными фториды азота при электрическом разряде приводит к образованию трифторид азота, фториды оксидов и другие оксиды.^[6][7]

Дифторид кислорода (O₂F₂)

Дифторид кислорода

О₂F₂ выпадает в виде коричневого твердого вещества на УФ-облучение смеси жидкого O₂ и F₂ при -196 ° C.^[8] Он также кажется стабильным только при температуре ниже -160 ° C.^[9] Общий метод получения многих фторидов кислорода - это газовый электрический разряд в холодных контейнерах, включая O₂F₂.^[10]

${\displaystyle {\ce {{O2}+F2->[{\text{Electric Discharge}}][{\text{183 °C}}]O2F2}}}$

Обычно это оранжево-желтое твердое вещество, которое быстро разлагается до O₂ и F₂ близко к своей нормальной температуре кипения около 216 К.^[3]

О₂F₂ бурно реагирует с красный фосфор, даже при -196 ° C. Взрывы также могут произойти, если Фреон-13 используется для смягчения реакции.^[9]

Дифторид триоксигена (O₃F₂)

О₃F₂ представляет собой вязкую жидкость кроваво-красного цвета. Он остается жидким при 90 K и поэтому его можно отличить от O₂F₂ который имеет температуру плавления около 109 К.^[11][3]

Как и другие фториды кислорода, O₃F₂ является эндотермический и разлагается примерно при 115 K с выделением тепла, которое дается следующей реакцией:

${\displaystyle {\ce {2 O3F2 -> O2 + 2O2F2}}}$

О₃F₂ безопаснее работать, чем озон, и может испаряться, термически разлагаться или подвергаться воздействию электрических искр без каких-либо взрывов. Но при контакте с органическими веществами или окисляемыми соединениями он может взорваться или взорваться. Таким образом, добавление даже одной капли дифторида озона к твердому безводному аммиак приведет к легкому взрыву, когда оба они будут иметь температуру 90 К.^[3]

Монофторид диоксида

Монофторид диоксида такая молекула, как O-O-F, чья химическая формула это O₂F и стабилен только при низкой температуре. Сообщается, что он производится из атомарного фтора и дикислорода.^[12].

${\displaystyle {\rm {O_{2}+F\longrightarrow O_{2}F}}}$

Общее получение дифторидов полиоксида

Уравнение реакции[6]	F2: O2 по объему	Текущий	Температура ванны (° C)
${\displaystyle {\ce {O2 + F2 <=> O2F2}}}$	1:1	10–50 мА	~ -196°
${\displaystyle {\ce {3O2 + 2F2 <=> 2O3F2}}}$	2:3	25–30 мА	~ -196°
${\displaystyle {\ce {2O2 + F2 <=> O4F2}}}$	1:2	4-5 мА	~ -205°

Воздействие на озон

Кислородные и фторсодержащие радикалы, такие как FO₂ и FO встречаются в атмосфере. Они вместе с другими галогеновыми радикалами участвовали в разрушение озона в атмосфере. Однако оксид фтора радикалы предполагается, что они не играют такой большой роли в истощении озонового слоя, потому что свободные атомы фтора в атмосфере, как полагают, реагируют с метан производить плавиковая кислота который выпадает в дождь. Это уменьшает доступность свободных атомов фтора для атомов кислорода, чтобы реагировать с молекулами озона и разрушать их.^[13]

${\displaystyle {\begin{array}{lr}&{\ce {F + O3 -> FO + O2}}\\&{\ce {FO + O -> F + O2}}\\\hline {\text{Net Reaction:}}&{\ce {O3 + O -> 2 O2}}\end{array}}}$

Гиперголический пропеллент

Несмотря на низкую растворимость O₃F₂ в жидком кислороде, как было показано, гиперголичный с большинством ракетного топлива. Механизм заключается в выкипании кислорода из раствора, содержащего O₃F₂, что делает его более реактивным для самопроизвольной реакции с ракетным топливом. Степень реактивности также зависит от типа используемого топлива.^[3]

Смотрите также

• Оксид брома
• Оксид хлора
• Оксид йода
• Озон

Рекомендации

1. Solomon, I. J. et al. (1968). "Дополнительные исследования о существовании O₃F₂". Журнал Американского химического общества. 90 (20): 5408–5411. Дои:10.1021 / ja01022a014.
2. Мисочко, Евгений Я., Александр В. Акимов, Чарльз А. Уайт (1999). «Инфракрасное спектроскопическое наблюдение стабилизированного Промежуточного комплекса ФО.₃ образуется в результате реакции подвижных атомов фтора с молекулами озона, заключенными в матрицу аргона ». Журнал физической химии A. 103 (40): 7972–7977. Bibcode:1999JPCA..103.7972M. Дои:10.1021 / jp9921194.
3. Штренг, А. Г. (1963). «Фториды кислорода». Химические обзоры. 63 (6): 607–624. Дои:10.1021 / cr60226a003.
4. Штренг, А.Г., А.В. Гроссе (1966). "Два новых фторида кислорода, O₅F₂ и O₆F₂". Журнал Американского химического общества. 88: 169–170. Дои:10.1021 / ja00953a035.
5. Jager, Susanne et al. (1986). «Фтор и кислород». Фтор. Берлин, Гейдельберг: Springer. С. 1–161.
6. Никитин, Игорь Васильевич, В. Я. Росоловский (1971). «Фториды кислорода и диоксигенильные соединения». Российские химические обзоры. 40 (11): 889–900. Bibcode:1971RuCRv..40..889N. Дои:10.1070 / rc1971v040n11abeh001981.
7. Лоулесс, Эдвард В., Иван С. Смит (1968). Неорганические высокоэнергетические окислители: синтез, строение и свойства. М. Деккер.
8. Маркс, Руперт, Конрад Сеппельт (2015). «Структурные исследования фторидов кислорода». Dalton Transactions. 44 (45): 19659–19662. Дои:10.1039 / c5dt02247a. PMID  26351980.
9. Соломон, Ирвин Дж. Исследования по химии ${\displaystyle {\ce {O3F2}}}$ и ${\displaystyle {\ce {O2F2}}}$. № IITRI-C227-6. IIT RESEARCH INST CHICAGO IL, 1964.
10. Goetschel, Charles T. et al. (1969). «Низкотемпературная радиационная химия. I. Получение фторидов кислорода и диоксигенилтетрафторбората». Журнал Американского химического общества. 91 (17): 4702–4707. Дои:10.1021 / ja01045a020.
11. Де Марко, Рональд А. и Жанна М. Шрив. «Фторированные пероксиды». Успехи неорганической химии и радиохимии. Vol. 16. Academic Press, 1974. 109–176.
12. Дж. Л. Лайман и Р. Холланд, J. Phys. Chem.,1988,92, 7232.
13. Франсиско Дж. С. (1993). «Неэмпирическое исследование значения промежуточного соединения HOOF в реакциях сочетания с участием FOO x и HO x». Журнал химической физики. 98 (3): 2198–2207. Bibcode:1993ЖЧФ..98.2198Ф. Дои:10.1063/1.464199.

внешняя ссылка

• Национальный реестр загрязнителей - информационный бюллетень по фторидам и соединениям
• Фторид кислорода PubChem
• Центр по контролю и профилактике заболеваний - опасность для здоровья дифторида кислорода