Difluorek ksenonu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Difluorek ksenonu
Niepodpisana grafika związku chemicznego; prawdopodobnie struktura chemiczna bądź trójwymiarowy model cząsteczki
Sieć krystaliczna XeF 2
Sieć krystaliczna XeF
2
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny XeF
2
Masa molowa 169,29 g/mol
Wygląd bezbarwne kryształy
Identyfikacja
Numer CAS 13709-36-9
Podobne związki
Podobne związki XeF
4
, XeF
6
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Difluorek ksenonu, XeF
2
nieorganiczny związek chemiczny z grupy fluorków, w którym ksenon występuje na II stopniu utlenienia.

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Na podstawie analizy widm oscylacyjnych wysokiej rozdzielczości ustalono, że XeF
2
tworzy liniowe cząsteczki o długości wiązań 1,9773 ± 0,0015 Å w fazie gazowej[6], natomiast w wyniku badań wykorzystujących dyfrakcję neutronów oceniono długość wiązania Xe−F w fazie stałej na 2 Å[7]. W strukturze krystalicznej, obok dwóch atomów fluoru związanych chemicznie, ksenon ma w swoim otoczeniu 8 atomów fluoru w odległości obliczonej na 3,64 Å[7] lub 3,42 Å[8]. Każdy atom fluoru ma jednego bliźniaczego sąsiada w odległości 3,02 Å oraz 4 atomy fluoru odległe o 3,08 Å[7]. Upakowanie atomów w stałym XeF
2
jest takie, że ligandy fluorowe sąsiednich cząsteczek unikają strefy równikowej atomu ksenonu ponieważ w cząsteczce XeF
2
trzy niewiążące elektrony efektywnie maskują dodatni ładunek[1]. Występowanie silnych oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy cząsteczkami w tak uporządkowanej sieci krystalicznej difluorku ksenonu jest zgodne z jego dość wysoką entalpią sublimacji, która wynosi 55,71 kJ/mol[1][9].

Opublikowane zostały doniesienia, że pod ciśnieniem 50 GPa (ok. 500 tys. atm) XeF
2
ulega przemianie i nabiera właściwości półprzewodzących, a jego niemolekularna już wówczas struktura złożona z dwuwymiarowych warstw zawierających jednostki XeF
4
jest podobna do struktury grafitu. Z przedstawionych rezultatów badań wynika również, że pod wpływem jeszcze wyższego ciśnienia (powyżej 70 GPa) difluorek ksenonu nabiera własności metalicznych, zmieniając swoją strukturę na trójwymiarową, złożoną z elementów XeF
8
[10]. Jednakże przedstawione później wyniki prac teoretycznych podważają rezultaty tych prac doświadczalnych – wynika z nich, że tetragonalna struktura przestrzenna I4/mmm upakowania cząsteczek XeF
2
powinna być stabilna aż do ciśnienia 105 GPa, a następnie ulec przemianie do struktury molekularnej odznaczającej się rombową symetrią przestrzenną Pnma, w której długości obu wiązań Xe−F przestają być jednakowe. Dalsza kompresja do 200 GPa będzie według teoretyków skutkowała autodysocjacją do jonowego ciała stałego o przykładowej budowie typu [XeF]+
F
[11].

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Jest to jeden z pierwszych otrzymanych związków chemicznych ksenonu. Jego uzyskanie było efektem wzmożonych prac nad związkami tego gazu szlachetnego po udanej syntezie heksafluoroplatynianu ksenonu[12]. Został on otrzymany latem 1962 roku przez grupę Rudolfa Hoppego z Uniwersytetu w Münster w wyniku reakcji gazowego fluoru z ksenonem pod wpływem wyładowań elektrycznych, a publikacja na temat tego odkrycia ukazała się w listopadzie tego samego roku[13][14]. Praktycznie jednocześnie, w sierpniu 1962 roku, badacze amerykańscy uzyskali niezależnie i opisali inny związek ksenonu i fluoru, tetrafluorek ksenonu, XeF
4
. Powstał on w wyniku ogrzewania lub naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym mieszaniny ksenonu i fluoru w fazie gazowej. Podczas badań nad XeF
4
zarejestrowano dane spektralne świadczące o powstawaniu trwałego difluorku ksenonu[14][15][16].

XeF
2
można otrzymać bezpośrednio z pierwiastków w fazie gazowej, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego[1][17] (również wykorzystując w tym celu światło słoneczne), skoncentrowanego promieniowania γ, elektronów pochodzących z akceleratora van de Graffa, protonów o energii 10 MeV, ciepła[1] oraz wyładowań elektrycznych[1][17]:

Xe + F
2
→ XeF
2

Powstający związek wydziela się w postaci stałej, co pozwala na prowadzenie procesu w trybie ciągłym i uzyskiwanie związku w skali kilogramowej. W celu uniknięcia powstawania XeF
4
, reakcję prowadzi się przy pewnym nadmiarze ksenonu (jest to istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa, gdyż podczas pracy z wykorzystaniem XeF
2
zanieczyszczonego nawet małymi ilościami XeF
4
, w wyniku hydrolizy tego ostatniego powstaje wybuchowy XeO
3
)[17].

Związek jest także dostępny komercyjnie[17].

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Kryształy difluorku ksenonu

Difluorek ksenonu jest ciałem stałym. Tworzy bezbarwne kryształy tetraedryczne o gęstości 4,32 g/cm³[2]. Pod ciśnieniem atmosferycznym sublimuje w temperaturze 114,35 °C[2] (ze względu na łatwość sublimacji praca z tym związkiem wymaga ostrożności)[17]. Temperatura topnienia wynosi ok. 129 °C[3] (w punkcie potrójnym jest to 129,03 °C)[2]. Ma ostry zapach zbliżony do chloru. Jest silnie reaktywny[17]. Ulega rozkładowi pod wpływem światła oraz powolnej hydrolizie w kontakcie z wilgocią[18].

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

XeF
2
jest silnym czynnikiem fluorującym i utleniającym[19][20]. Ze względu na stały stan skupienia jest wygodniejszy i bezpieczniejszy w pracy niż fluor pierwiastkowy; w większości zastosowań można go używać w aparaturze szklanej (niszczonej przez F
2
)[17]. Pośród istotnych zastosowań można wymienić:

  • Reakcje utleniającego fluorowania:
    Ph
    3
    TeF + XeF
    2
    → Ph
    3
    TeF
    3
    + Xe
  • Reakcje redukcyjnego fluorowania:
    2CrO
    2
    F
    2
    + XeF
    2
    → 2CrOF
    3
    + Xe + O
    2
  • Reakcje fluorowania związków aromatycznych:
    Reakcja fluorowania anizolu przy użyciu difluorku ksenonu w chlorku metylenu z wytworzeniem mieszaniny izomerów: 2-fluoroanizolu i 4-fluoroanizolu
    Reakcja fluorowania nitrobenzenu przy użyciu difluorku ksenonu w chlorku metylenu z wytworzeniem 3-fluoronitrobenzenu
  • Reakcje fluorowania alkenów:
    Reakcja fluorowania buta-1,3-dienu przy użyciu difluorku ksenonu w chlorku metylenu z wytworzeniem mieszaniny izomerów: 3,4-difluorobut-1-enu i 1,4-difluorobut-2-enu (w stosunku 87:13)
  • Suche trawienie mikroukładów krzemowych[21], np. do wytwarzania mikroukładów elektromechanicznych[22][23]. Technika została zaprezentowana w 1995 roku[24], a następnie skomercjalizowana[25]. Proces polega na trawieniu krzemu za pomocą XeF
    2
    w fazie gazowej. Reakcję prowadzi się w temperaturze pokojowej pod obniżonym ciśnieniem[21]:
    2XeF
    2
    + Si → 2 Xe↑ + SiF
    4

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c d e f g Melita Tramšek, Boris Žemva. Synthesis, Properties and Chemistry of Xenon(II) Fluoride. „Acta Chimica Slovenica”. 53 (2), s. 105–116, 2006. DOI: 10.1002/chin.200721209. 
  2. a b c d e CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R. Lide (red.), wyd. 88, Boca Raton: CRC Press, 2007, ISBN 978-0-8493-0488-0.
  3. a b D.K. Hindermann, W.E. Falconer. Magnetic Shielding of 19
    F
    in XeF
    2
    . „Journal of Chemical Physics”. 50 (3), 1969. DOI: 10.1063/1.1671178. Bibcode1969JChPh..50.1203H.
     
  4. a b c Difluorek ksenonu (nr 394505) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2016-08-23].
  5. Difluorek ksenonu (nr 394505) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych (ze względu na zmianę sposobu wywołania karty charakterystyki, aby pobrać kartę dla obszaru USA, na stronie produktu należy zmienić lokalizację na "United States" i ponownie pobrać kartę). [dostęp 2016-08-23].
  6. Sandor Reichman. Gas-Phase Structure of XeF
    2
    . „Journal of Chemical Physics”. 51 (6), s. 2355–2359, 1969. DOI: 10.1063/1.1672351.
     
  7. a b c Henri A. Levy, P.A. Agron. The Crystal and Molecular Structure of Xenon Difluoride by Neutron Diffraction. „Journal of the American Chemical Society”. 85 (2), s. 241–242, 1963. DOI: 10.1021/ja00885a037. 
  8. P.A. Agron i inni, Xenon Difluoride and the Nature of the Xenon-Fluorine Bond, „Science”, 3557, 139, 1963, s. 842–844, DOI10.1126/science.139.3557.842.
  9. Joshua. Jortner, E. Guy. Wilson, Stuart A. Rice. The Heats of Sublimation of XeF
    2
    and XeF
    4
    and a Conjecture on Bonding in The Solids
    . „Journal of the American Chemical Society”. 85 (6), s. 814–815, 1963. DOI: 10.1021/ja00889a034.
     
  10. Minseob Kim, Mathew Debessai, Choong-Shik Yoo. Two- and three-dimensional extended solids and metallization of compressed XeF. „Nature Chemistry”. 2 (9), s. 784–788, 2010. DOI: 10.1038/nchem.724. 
  11. Dominik Kurzydłowski, Patryk Zaleski-Ejgierd, Wojciech Grochala, Roald Hoffmann. Freezing in Resonance Structures for Better Packing: XeF
    2
    Becomes (XeF+
    )(F
    )
    at Large Compression
    . „Inorganic Chemistry”. 50 (8), s. 3832–3840, 2011. DOI: 10.1021/ic200371a.
     
  12. N. Bartlett. Xenon hexafluoroplatinate(V) Xe+
    [PtF
    6
    ]
    . „Proceedings of the Chemical Society”. 6, s. 218, 1962. DOI: 10.1039/PS9620000197.
     
  13. R. Hoppe, W. Daehne, H. Mattauch, K Roedder. Fluorination of Xenon. „Angewandte Chemie International Edition in English”. 1 (11), s. 599, 1962. DOI: 10.1002/anie.196205992. 
  14. a b R. Hoppe. Valence Compounds of the Inert Gases. „Angewandte Chemie International Edition in English”. 3 (8), s. 538–545, 1964. DOI: 10.1002/anie.196405381. 
  15. Howard H. Claassen, Henry Selig, John G. Malm. Xenon Tetrafluoride. „Journal of the American Chemical Society”. 84 (18), s. 3593–3593, 1962. DOI: 10.1021/ja00877a042. 
  16. C.L. Chernick i inni, Fluorine Compounds of Xenon and Radon, „Science”, 3537, 138, 1962, s. 136–138, DOI10.1126/science.138.3537.136.
  17. a b c d e f g Marcus A. Tius. Xenon difluoride in synthesis. „Tetrahedron”. 51 (24), s. 6605–6634, 1995. DOI: 10.1016/0040-4020(95)00362-C. 
  18. James L. Weeks, Max S. Matheson. Xenon Difluoride. „Inorganic Syntheses”. 8. s. 260–264. DOI: 10.1002/9780470132395.ch69. 
  19. D.F. Halpem: Xenon(II) Fluoride. W: Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. L. Paquette (red.). New York: John Wiley & Sons, 2004. DOI: 10.1002/047084289X.rx001.
  20. S. Taylor, C. Kotoris, G. Hum. Recent Advances in Electrophilic Fluorination. „Tetrahedron”. 55 (43), s. 12431–12477, 1999. DOI: 10.1016/S0040-4020(99)00748-6. 
  21. a b J.D. Brazzle, M.R. Dokmeci, C.H Mastrangelo. Modeling and characterization of sacrificial polysilicon etching using vapor-phase xenon difluoride. „Materiały 17th IEEE International Conference on MEMS”, s. 737–740, 2004. DOI: 10.1109/MEMS.2004.1290690. 
  22. XERIC™ Silicon Etch (ang.). memsstar Limited. [dostęp 2015-08-11].
  23. XactiX Xenon Difluoride Etcher (ang.). Maryland NanoCenter, University of Maryland. [dostęp 2015-08-11].
  24. Floy I. Chang, Richard Yeh, Gisela Lin, Patrick B. Chu i inni. Gas-phase silicon micromachining with xenon difluoride. „SPIE Proceedings”. 2641, s. 117–128, 1995. DOI: 10.1117/12.220933. 
  25. P. Chu i inni, Controlled Pulse-Etching with Xenon Difluoride, „International Conference on Solid State Sensors and Actuators, TRANSDUCERS '97”, Chicago 1997, s. 665–668, DOI10.1109/SENSOR.1997.613739.