Способ получения фторида кислорода

Фторид кислорода

Фторид кислорода

Фторид кислорода(II)
Общие
Систематическое наименование	Фторид кислорода (II)
Химическая формула	OF2
Отн. молек. масса	54 а. е. м.
Физические свойства
Плотность вещества	1,59 г/см³
Состояние (ст. усл.)	бледно-жёлтый газ
Термические свойства
Температура плавления	-224 °C
Температура кипения	-145 °C
Температура разложения	выше 200 °C
Критическая точка	-58°C, 49 атм
Энтальпия (ст. усл.)	-25,2 кДж/моль
Классификация
номер CAS	7783-41-7

Фторид кислорода(II), дифторид кислорода, OF₂. Представляет собой бесцветный газ, конденсирующийся при охлаждении в светло-желтую (в толстых слоях золотисто-желтую) жидкость. Фторид кислорода(II) имеет раздражающий запах несколько отличающийся от запаха фтора (смесь запаха хлорной извести и озона).

Содержание

Открытие

Дифторид кислорода был открыт впервые в 1927 году Лебо и Дамьеном, а спустя некоторое время подробно изучен Руффом и Менцелем.

Систематическое название

В литературе иногда это соединение называют оксидом фтора (F₂O). Однако, это неверно, так как атом фтора более электроотрицателен чем кислород, и по правилам IUPAC это соединение должно называться именно фторид кислорода (OF₂).

Физические свойства

Жидкий фторид кислорода неограниченно смешивается с жидкими озоном, фтором, кислородом. Плохо растворяется в холодной воде (примерно 7:100 по объёму). При этом достаточно хорошо растворяет воздух.

Молекула обладает слабым дипольным моментом, равным 0,3 Дб

Получение

• Получение фторида кислорода(II) до сих пор проводят по так называемому «щелочному» способу пропусканием газообразного фтора в 2% (0,5 нормальный) водный раствор гидроксида натрия (NaOH). Помимо фторида кислорода(II) в реакции происходит образование перекиси водорода, и озона:

2F₂ + 2NaOH = OF₂ + 2NaF + H₂O

• Возможно также получение фторида кислорода(II) электролизомводного раствора HF.
• При горении воды в атмосфере фтора также частично образуется дифторид кислорода и пероксид водорода. Это происходит за счёт протекания радикальных реакций:

F₂ + H₂O → 2HF + O· — инициация свободных радикалов 2O· → O₂ — доминирующий процесс O· + H₂O → H₂O₂ O· + F₂ → F₂O

Химические свойства

Дифторид кислорода весьма энергичный окислитель, и в этом отношении напоминает фтор, но реакции с участием фторида кислорода(II) требуют более высокой энергии активации, поскольку на первой стадии происходит образование атомарного кислорода. Термическое разложение фторида кислорода(II) представляет собой мономолекулярную реакцию с энергией активации 41 ккал/моль и начинается только при температуре выше 200°C.

При растворении в горячей воде, подвергается гидролизу. В щелочной среде разложение протекает достаточно быстро.

Смесь паров дифторида кислорода и воды взрывоопасна:

Фторид кислорода(II) не действует на сухое стекло и кварц, но действует (интенсивно) на металлическую ртуть — что исключает применение ртути в приборах с фторидом кислорода(II). На смазку для газовых кранов фторид кислорода(II) действует очень медленно.

Взаимодействие с металлами

На меди, платине, золоте, серебре, фторид кислорода(II) образует лишь тончайшие защитные пленки фторидов, что позволяет использовать эти металлы в контакте с фторидом кислорода(II) при комнатной температуре. При повышении температур до 250°C проиходит дальнейшее окисление металлов. Наиболее подходящими металлами для работы с дифторидом кислорода являются алюминий и магний. Нержавеющие стали, никель, монель-металл, магниевомедный сплав (92/8), латунь и медь, также мало изменяются в весе при воздействии фторида кислорода(II) в течение 1-1,5 недели при 100 °C.

Применение

Благодаря высокой энергии активации разложения фторида кислорода(II), последнюю можно сравнительно безопасно смешивать с многими углеводородами, водородом, моноокисью углерода и прочими веществами, что чрезвычайно важно в практическом плане использования фторида кислорода(II) в качестве высокоэффективного окислителя ракетного топлива. Так как фторид кислорода(II) не взрывается при смешивании с горючими материалами и при нагревании (сам по себе) то ее применение вполне безопасно.

Имели значительный успех опыты применения фторида кислорода(II) в газодинамических химических лазерах. Имея лучшие показателе нежели фтор, фторид кислорода(II) способен занять достойное место в качестве компонента для боевого лазерного оружия высокой мощности.

Токсичность

Фторид кислорода(II) весьма токсичен и по силе превышает фосген, с другой стороны он гораздо ядовитей чем фтор, так как вызывает сильнейшее раздражение тканей организма, очень глубоко проникает и растворяется в них (глубже чем фтор), затрудняет дыхание.

Упоминания в литературе

В фантастической новелле Роберта Л. Форварда «Камелот 30К», дифторид кислорода был использован как биохимический растворитель для живых форм Солнечой системы

Источник

Фтористый кислород — Oxygen fluoride

Кислородные фториды являются соединениями из элементов кислорода и фтора с общей формулой O _п F ₂ , где п известны = от 1 до 6. Много различных фторидов кислорода:

Фториды кислорода являются сильными окислителями с высокой энергией и могут выделять свою энергию мгновенно или с контролируемой скоростью. Таким образом, эти соединения привлекли большое внимание как потенциальные топлива в реактивных двигательных установках .

СОДЕРЖАНИЕ

Синтез

Вот некоторые методы синтеза и реакции трех наиболее распространенных фторидов кислорода — дифторида кислорода (OF ₂ ), дифторида кислорода (O ₂ F ₂ ) и дифторида озона (O ₃ F ₂ ).

Дифторид кислорода (OF ₂ )

Распространенный препаративный метод включает фторирование гидроксида натрия :

OF2 + 2NaF + H2O>>>»> 2 F 2 + 2 NaOH ⟶ ИЗ 2 + 2 NaF + ЧАС 2 О <\ Displaystyle <\ ce <2f2 + 2naoh ->OF2 + 2NaF + H2O>>> OF2 + 2NaF + H2O>>>»>

OF ₂ представляет собой бесцветный газ при комнатной температуре и желтую жидкость при температуре ниже 128 К. Дифторид кислорода имеет раздражающий запах и ядовит. Количественно реагирует с водными галогенкислотами с образованием свободных галогенов :

2Cl2 + 2HF + 2H2O>>>»> ИЗ 2 + 4 HCl ⟶ 2 Cl 2 + 2 HF + 2 ЧАС 2 О <\ Displaystyle <\ ce 2Cl2 + 2HF + 2H2O>>> 2Cl2 + 2HF + 2H2O>>>»>

Он также может вытеснять галогены из их солей. Это одновременно эффективный фторирующий агент и сильный окислитель . При взаимодействии с ненасыщенными фторидами азота с помощью электрического разряда это приводит к образованию трифторида азота , оксидов фторидов и других оксидов.

Дифторид кислорода (O ₂ F ₂ )

O ₂ F ₂ выпадает в осадок в виде коричневого твердого вещества при УФ-облучении смеси жидких O ₂ и F ₂ при -196 ° C. Он также кажется стабильным только при температуре ниже -160 ° C. Общий метод получения многих фторидов кислорода — это газофазный электрический разряд в холодных контейнерах, включая O ₂ F ₂ .

[<\text>][<\text<183 °C>>]O2F2>>>»> О 2 + F 2 → 183 ° С Электрический разряд О 2 F 2 <\ displaystyle <\ ce <+ F2 -> [<\ text <Электрический разряд>>] [<\ text <183 ° c>>] O2F2>>> [<\ text <Электрический разряд>>] [<\ text <183 ° c>>] O2F2>>>»>

Обычно это оранжево-желтое твердое вещество, которое быстро разлагается до O ₂ и F _2, близкое к своей нормальной температуре кипения около 216 K.

O ₂ F ₂ бурно реагирует с красным фосфором даже при -196 ° C. Взрывы также могут произойти, если для смягчения реакции использовать фреон-13 .

Дифторид триоксигена или дифторид озона (O ₃ F ₂ )

O ₃ F ₂ — вязкая жидкость кроваво-красного цвета. Он остается жидким при 90 К, поэтому его можно отличить от O ₂ F ₂ , температура плавления которого составляет около 109 К.

Как и другие фториды кислорода, O ₃ F ₂ является эндотермическим и разлагается при температуре около 115 K с выделением тепла, которое дается следующей реакцией:

O2 + 2O2F2>>>»> 2 О 3 F 2 ⟶ О 2 + 2 О 2 F 2 <\ Displaystyle <\ ce <2 o3f2 ->O2 + 2O2F2>>> O2 + 2O2F2>>>»>

С O ₃ F ₂ безопаснее работать, чем с озоном , и он 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 аммиаку приведет к легкому взрыву, когда оба они имеют температуру 90 К.

Фторпероксил

Фторпероксил — это такая молекула, как OOF, химическая формула которой O ₂ F и стабильна только при низкой температуре. Сообщается, что его получают из атомарного фтора и дикислорода.

О 2 + F ⟶ О 2 F <\ displaystyle <\ rm + F \ longrightarrow O_ <2>F>>>

Общее получение дифторидов полиоксида

-196 °

-196 °

Воздействие на озон

Кислородные и фторсодержащие радикалы, такие как FO ₂ и FO, встречаются в атмосфере. Они, наряду с другими радикалами галогена, были причастны к разрушению озона в атмосфере. Однако предполагается , что радикалы оксида фтора не играют такой большой роли в истощении озонового слоя, поскольку считается, что свободные атомы фтора в атмосфере реагируют с метаном с образованием плавиковой кислоты, которая выпадает в осадок во время дождя. Это уменьшает доступность свободных атомов фтора для атомов кислорода, чтобы реагировать с молекулами озона и разрушать их.

FO + O2>>\\& <\ce F + O2>>\\\hline <\text>& <\ce 2 O2>>\end>>»> F + О 3 ⟶ FO + О 2 FO + О ⟶ F + О 2 Чистая реакция: О 3 + О ⟶ 2 О 2 <\ displaystyle <\ begin & <\ ce FO + O2>> \\ & <\ ce F + O2>> \\\ hline <\ text <Чистая реакция:>> & <\ ce 2 O2>> \ end >> FO + O2>> \\ & <\ ce F + O2>> \\\ hline <\ text <Чистая реакция:>> & <\ ce 2 O2>> \ end >>»>

Гиперголический пропеллент

Несмотря на низкую растворимость O ₃ F ₂ в жидком кислороде, было показано, что он гиперголичен с большинством ракетных топлив. Механизм включает испарение кислорода из раствора, содержащего O ₃ F ₂ , что делает его более реактивным, чтобы иметь спонтанную реакцию с ракетным топливом. Степень реактивности также зависит от типа используемого топлива.

Смотрите также

Рекомендации

1. ^ Соломон, IJ et al. (1968). «Дополнительные исследования относительно существования O ₃ F ₂ ». Журнал Американского химического общества . 90 (20): 5408–5411. DOI : 10.1021 / ja01022a014 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
2. ^ Мисочко, Евгений Я., Александр В. Акимов, Чарльз А. Уайт (1999). «Инфракрасное спектроскопическое наблюдение стабилизированного промежуточного комплекса FO _3, образованного реакцией подвижных атомов фтора с молекулами озона, заключенными в матрицу аргона». Журнал физической химии . 103 (40): 7972–7977. Bibcode : 1999JPCA..103.7972M . DOI : 10.1021 / jp9921194 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
3. ^ abcdefg Streng, AG (1963). «Фториды кислорода». Химические обзоры . 63 (6): 607–624. DOI : 10.1021 / cr60226a003 .
4. ^ Streng, AG, AV Grosse (1966). «Два новых фторида кислорода, O ₅ F ₂ и O ₆ F ₂ ». Журнал Американского химического общества . 88 : 169–170. DOI : 10.1021 / ja00953a035 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
5. ^ Jager, Susanne et al. (1986). «Фтор и кислород». Фтор . Берлин, Гейдельберг: Springer. С. 1–161. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
6. ^ ab Никитин, Игорь Васильевич, В. Я. Росоловский (1971). «Фториды кислорода и диоксигенильные соединения». Российские химические обозрения . 40 (11): 889–900. Bibcode : 1971RuCRv..40..889N . DOI : 10.1070 / rc1971v040n11abeh001981 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
7. ^ Лоулесс, Эдвард В., Иван С. Смит (1968). Неорганические высокоэнергетические окислители: синтез, строение, свойства . М. Деккер. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
8. ^ Маркс, Руперт, Конрад Сеппельт (2015). «Структурные исследования фторидов кислорода». Сделки Дальтона . 44 (45): 19659–19662. DOI : 10.1039 / c5dt02247a . PMID26351980 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
9. ^ ab Соломон, Ирвин Дж. Исследования по химии и О 3 F 2 <\ displaystyle <\ ce >>О 2 F 2 <\ displaystyle <\ ce >> . № IITRI-C227-6. IIT RESEARCH INST CHICAGO IL, 1964.
10. ^ Goetschel, Чарльз Т. и др. (1969). «Низкотемпературная радиационная химия. I. Получение фторидов кислорода и диоксигенилтетрафторбората». Журнал Американского химического общества . 91 (17): 4702–4707. DOI : 10.1021 / ja01045a020 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
11. ^ Де Марко, Рональд А. и Jean’ne М. Шрив. «Фторированные пероксиды». Успехи неорганической химии и радиохимии . Vol. 16. Academic Press, 1974. 109–176.
12. ^ JLLyman и R. Holland, J. Phys. Chem. , 1988 , 92, 7232.
13. Перейти ↑ Francisco JS (1993). «Неэмпирическое исследование значения промежуточного звена HOOF в реакциях сочетания с участием FOO x и H2O x». Журнал химической физики . 98 (3): 2198–2207. Bibcode : 1993JChPh..98.2198F . DOI : 10.1063 / 1.464199 .

Внешние ссылки

Этот материал, связанный с неорганическими соединениями, является незавершенным . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

Источник

Уравнение реакции	F 2 : O 2 по объему	Текущий	Температура ванны (° C)
O2F2>>>»> О 2 + F 2 ↽ — — ⇀ О 2 F 2 <\ displaystyle <\ ce >> O2F2>>>»>	1: 1	10–50 мА
2O3F2>>>»> 3 О 2 + 2 F 2 ↽ — — ⇀ 2 О 3 F 2 <\ displaystyle <\ ce <3o2 + 2f2 2o3f2>>> 2O3F2>>>»>	2: 3	25–30 мА
O4F2>>>»> 2 О 2 + F 2 ↽ — — ⇀ О 4 F 2 <\ displaystyle <\ ce <2o2 + f2 o4f2>>> O4F2>>>»>	1: 2	4-5 мА