Фторид ксенона(II)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фторид ксенона(II)
Xenon-difluoride-2D.png
Фторид ксенона(II)
Общие
Систематическое
наименование
Фторид ксенона(II)
Хим. формула XeF2
Физические свойства
Состояние белые кристаллы
Молярная масса 169,2968 г/моль
Плотность 4,32 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 129,03 °C
Т. кип. 155 °C
Т. разл. 600 °C
Кр. точка 631 °C, 9,3 МПа
Классификация
Рег. номер CAS 13709-36-9
PubChem 83674
Рег. номер EINECS 237-251-2
SMILES
ChemSpider 75497
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Дифторид ксенона XeF2 — твёрдое плотное кристаллическое соединение белого цвета, образованное атомами фтора и ксенона. Одно из самых устойчивых соединений ксенона.

Физико-химические свойства[править | править вики-текст]

Обладает характерным тошнотворным запахом.

В инфракрасных спектрах наблюдается чёткий дублет полос поглощения с волновыми числами 550 и 556 см−1.

Термодинамические величины[править | править вики-текст]

Свойство Значение
Стандартная энтальпия образования (298 К, в твёрдой фазе) −176 кДж/моль
Стандартная энтальпия образования (298 К, в газовой фазе) −107,5 кДж/моль
Энтальпия плавления 16,8 кДж/моль
Энтальпия возгонки 50,6 кДж/моль
Энтропия образования (298 К, в газовой фазе) 259,403 Дж/(моль·К)
Теплоёмкость (298 К, в газовой фазе) 54,108 Дж/(моль·К)

Растворимость[править | править вики-текст]

Растворитель Значение
Жидкий аммиак Не растворим
Ацетонитрил Растворим
Вода (при 0 °C) 2,5 г/100 мл
Диоксид серы Растворим
Пентафторид иода 153,8 г/100 мл
Трифторид брома Растворим
Фтороводород Растворим

Строение[править | править вики-текст]

Кристаллическая ячейка XeF2

Молекула дифторида ксенона линейная. Длины связей Xe—F равны 0,198 нм.

Получение[править | править вики-текст]

Впервые синтез XeF2 провёл Червик Виикс в 1962 году.

Синтез проводят из простых веществ при нагревании, ультрафиолетовом облучении или действии электрического разряда:

\mathsf{Xe + F_2 \rightarrow XeF_2}

Продукт конденсируют при −30 °C. Очистку проводят методом фракционной дистилляции.

Механизм данной реакции достаточно интересный, и, по-видимому, в нём как-то участвуют молекулы фтороводорода, которыми обычно загрязнён газообразный фтор. Это обнаружили Шмарк и Лютар, которые для синтеза использовали неочищенный от водорода фтор, и при этом скорость реакции выросла в 4 раза по сравнению с использованием чистого фтора.

Также существует метод получения дифторида ксенона из фторида кислорода(II) и ксенона. Для этого смесь газов помещают в никелевый сосуд и нагревают до 300 °C под давлением:

\mathsf{2Xe + 2OF_2 \rightarrow 2XeF_2 + O_2}

В России налажено производство дифторида ксенона на Сибирском химическом комбинате.

Дифторид ксенона образуется также при реакции ксенона с диоксидифторидом при −120 °C.

Химические свойства[править | править вики-текст]

При возгонке дифторид ксенона диспропорционирует на свободный ксенон и тетрафторид ксенона:

\mathsf{2XeF_2 \rightarrow Xe + XeF_4}

В холодной подкисленной воде разлагается достаточно медленно, зато в щелочной среде разложение идёт быстро:

\mathsf{2XeF_2 + 4NaOH \rightarrow 2Xe\uparrow + 4NaF + 2H_2O + O_2\uparrow}

Менее активный окислитель, чем молекулярный фтор.

Образование координационных соединений[править | править вики-текст]

XeF2 может выступать в качестве лиганда в комплексных соединениях. Например, в фтороводородном растворе возможна следующая реакция:

\mathsf{Mg[AsF_6]_2 + 4XeF_2 \rightarrow [Mg(XeF_2)_4][AsF_6]_2}

Кристаллографический анализ показывает, что атом магния координирован 6 атомами фтора, 4 из которых являются мостиками между атомами магния и ксенона.

Известно множество реакций такого типа [Mx(XeF2)n](AF6)x, в которых в качестве атома M могут выступать Ca, Sr, Ba, Pb, Ag, La или Nd, а атомом A могут быть As, Sb или P.

Такие реакции требуют большого избытка дифторида ксенона.

В твердофазной системе в присутствии фторида цезия некоторые металлы (Ce, Pr, Nd, Tb, Dy, Tu) могут образовывать комплексные соединения типа Cs3[CeF7].

С пентафторидом мышьяка образуется гексафторарсенат трифтордиксенона, в котором в качестве катиона выступает молекулярный ион Xe2F3+. Также известны соединения, где катионом является Xe2+.

\mathsf{AsF_5 + 2XeF_2 \rightarrow Xe_2F_3[AsF_6]}

Реакции фторирования с простыми веществами[править | править вики-текст]

XeF2 фторирует Mn, W, Nb, Sb, Sn, Ti, S, P, Te, Ge, Si до высших фторидов в интервале температур от −10 до +30 °C. Нагревание реакционной смеси до 50 °C приводит к взаимодействию дифторида ксенона с оксидами и солями многих металлов.

В твердофазной системе при нагревании окисляет Ce, Pr и Tb до тетрафторидов.

Реакции окисления[править | править вики-текст]

Водный раствор дифторида окисляет броматы до перброматов:

\mathsf{KBrO_3 + XeF_2 + H_2O \rightarrow KBrO_4 + Xe\uparrow + 2HF}

Окислительное фторирование[править | править вики-текст]

Пример окислительного фторирования для теллур-органического соединения (тут атом теллура меняет степень окисления от +4 до +6):

\mathsf{Ph_3TeF + XeF_2 \rightarrow Ph_3TeF_3 + Xe\uparrow}

Восстановительное фторирование[править | править вики-текст]

Пример восстановительного фторирования (тут атом хрома меняет степень окисления от +6 до +5):

\mathsf{2CrO_2F_2 + XeF_2 \rightarrow 2CrOF_3 + Xe + O_2}

Фторирование ароматических соединений[править | править вики-текст]

Фторирование ароматических соединений идёт по механизму электрофильного замещения:

Fluor1.png

При этом возможно и восстановительное фторирование (за счет растворителя):

Fluor2.png

Фторирование непредельных соединений[править | править вики-текст]

Достаточно селективно можно проводить фторирование диеновых производных в 1,2-положения: Fluor3.png.

Фторирующее декарбоксилирование[править | править вики-текст]

Дифторид ксенона декарбоксилирует карбоновые кислоты, при этом образуются соответствующие фторалканы:

\mathsf{RCOOH + XeF_2 \rightarrow RF + CO_2 + Xe + HF}

Применение[править | править вики-текст]

  • Один из самых мощных фторирующих агентов.
  • Применяют для получения высокотемпературных сверхпроводников на основе сложных слоистых оксофторидов меди[1]
  • Является достаточно перспективным для дезинфекции труднодоступных мест[2]
  • Дифторид ксенона используется для травления кремния в микроэлектромеханических системах:
\mathsf{2XeF_2 + Si \rightarrow SiF_4 + 2Xe}

Примечания[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Джолли У. И. Синтезы неорганических соединений. М.: Мир, 440 с. — 1967 г.
  • Некрасов Б. В. Основы общей химии. В 2-х томах, М.:Химия, 1973 г.
  • Tius, M. A., Tetrahedron, Volume 51, Issue 24, 12 June 1995, Pages 6605-6634.
  • Weeks, J., Matheson, M. Xenon Difluoride. Inorganic Syntheses. № 8, 1966.
  • Williamson, S. Xenon Difluoride. Inorganic Syntheses № 11, 1968.
  • Šmalc,A., Lutar, K. Xenon Difluoride (Modification). Inorganic Syntheses № 29, 1992.
  • D.F. Halpem. «Xenon(II) Fluoride» in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. 2004, J.Wiley & Sons, New York.