Xenon-difluorid

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Xenon-difluorid
Xenon-difluoride-2D.png
Xenon-difluorid
Xenon-difluoride-3D-vdW.png
Xenon-difluorid
IUPAC-név Xenon difluoride
Xenon(II) fluoride
Kémiai azonosítók
CAS-szám 13709-36-9
PubChem 83674
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet XeF2
Moláris tömeg 169,30 g/mol
Megjelenés Fehér, szilárd anyag
Sűrűség 4,32 g/cm3, szilárd[1]
Olvadáspont 129 °C[1]
Oldhatóság (vízben) Bomlik
Gőznyomás 5,2 hPa[1]
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet párhuzamos, lineáris XeF2 egységek
Molekulaforma Lineáris
Dipólusmomentum 0 D
Veszélyek
EU osztályozás Oxidáló (O), Nagyon mérgező (T+)[2]
R mondatok R8, R25, R26, R34 [2]
S mondatok S17, S26, S28, S36/37/39 S45[2]
LD50 90 mg/kg (egér, szájon át)[1]
Rokon vegyületek
Azonos anion Kripton-difluorid
Rokon vegyületek Xenon-tetrafluorid
Xenon-hexafluorid
Ha másként nem jelöljük, az adatok
az anyag standard állapotára vonatkoznak.
(25 °C, 100 kPa)

A xenon-difluorid egy erőteljes fluorozószer, melynek képlete XeF2, és az egyik legstabilabb xenonvegyület. A legtöbb kovalens, szervetlen fluoridhoz hasonlóan ez is érzékeny a nedvességre. Fény vagy vízpára hatására alkotóelemeire esik szét. A xenon-difluorid sűrű, fehér, kristályos szilárd anyag. Enyhén émelyítő szaga van, de gőznyomása alacsony.[3] A xenon-difluorid molekulája lineáris, infravörös spektrumában 550 cm−1 és 556 cm−1 hullámszámnál intenzív, jellegzetes kettős vonal (dublett) található.

Kémiai jellemzői[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A szintézis kémiai folyamata a következő:

Xe + F2 → XeF2

A reakció lefolyásához melegítésre, besugárzásra vagy elektromos kisülésre van szükség. A termék gáz halmazállapotú, de −30 °C-on lecsapódik. Frakcionált desztillációval vagy vákuumcső segítségével végzett szelektív lecsapatással tisztítható.[4]

Először 1962-ben Chernick és társai hoztak nyilvánosságra adatokat a XeF2-vel kapcsolatban.[5] Azonban – bár csak később publikálták[6] –, a XeF2 vegyületet először valószínűleg 1962 elején Rudolf Hoppe hozta létre Németországban a Münsteri Egyetemen. Fluor és xenon gáz keverékét reagáltatta elektromos kisülésben.[7] Nem sokkal ezen tanulmányok megjelenését követően az Argonne Nemzeti Laboratóriumnál dolgozó Weeks, Cherwick, és Matheson arról számolt be, hogy egy átlátszó alumínium-oxid ablakokkal felszerelt, egyébként teljes egészében nikkelből álló rendszerben kis nyomáson, ultraibolya besugárzással, egyenlő arányban felhasznált Xe és F2 segítségével XeF2 vegyületet állítottak elő.[8] Williamson beszámolója szerint a reakció atmoszferikus nyomáson száraz Pyrex üvegből készült villanyégőben is ugyanolyan jól lejátszódik. Itt a napfény a forrás. Azt is megjegyezték, hogy a szintetikus folyamat felhős időben is végremegy.[9]

Az előző szintézisben a F2 reagensanyagot megtisztították, eltávolították belőle a H2 összetevőt. Šmalc és Lutar arra jött rá, hogy ha ezt a lépést kihagyják, a folyamat reakciósebessége az eredetinek négyszerese lesz.[10]

Oldhatóság[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A XeF2 olyan anyagokban oldódik, mint a BrF5, a BrF3, a IF5, a vízmentes HF és CH3CN, ezekben redukció és oxidáció nélkül játszódik le az oldódás. A HF-ben az oldhatósága nagyon jó, 29,95 °C-on 167 g oldódik 100 g HF-ben.[11]

Biztonsági figyelmeztetések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A xenon-difluorid (XeF2) legegyszerűbben közvetlenül xenonból és fluorból állítható elő. Egy kiürített, fluorral és xenonnal megtöltött, üvegből készült tárolóedényt ki kell tenni napfényre. A F2 használatára vonatkozó biztonsági rendszabályok betartása itt is kötelező: zsírmentes, a fluor korrodáló hatásának ellenálló fémrendszert vagy nagyon száraz üvegedényt kell használni. A xenon-trioxid kialakulását megelőzendő a rendszert a levegőtől el kell zárni. Ez a robbanásveszélyes anyag csak akkor jön létre, ha a XeF2 egy része XeF4 vegyületet is tartalmaz, mely hidrolízis során xenon-trioxiddá alakul.

Származtatott xenonvegyületek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A xenon-difluoridból további vegyületek képezhetőek. A nem stabil xenonorganikus Xe(CF3)2 vegyületet úgy lehet előállítani, hogy hexafluoretánt besugárzunk, hogy ennek eredményeképp CF3 gyök jöjjön létre, s ezt a gázt átáramoltatjuk a XeF2 vegyületen. Az eredményképp kapott viaszos fehér szilárd anyag szobahőmérsékleten négy óra alatt teljesen lebomlik.[12]

A XeF+ kation úgy jön létre, hogy a xenon-diflouridot erős fluorid akceptorral, például folyékony (SbF5) feleslegével reagáltatják:

XeF2 + SbF5XeF+ + SbF6

A halványsárga oldathoz 2–3 atm nyomáson xenon gázt adva az oldat zöld színűvé válik, mely paramágneses Xe+2 ionokat tartalmaz.[13] Ezekben Xe–Xe kötés található (az „apf” a folyékony SbF5-os oldatot jelöl):

3 Xe (g) + XeF+ (apf) + SbF5 (l) ⇌ 2 Xe+2 (apf) + SbF6 (apf)

Ez a folyamat megfordítható, ha az oldatból eltávolítjuk a xenon gázt, a Xe+2 ion visszaalakul xenongázzá és XeF+ ionná, az oldat színe pedig ismét halványsárga lesz.[14]

Folyékony hidrogén-fluorid (HF) jelenlétében –30°C-on a zöld oldatból sötétzöld kristályos anyagot lehet lecsapatni.

Xe+2 (apf) + 4 SbF6 (apf) → Xe+2Sb4F21 (s) + 3 F (apf)

Röntgensugaras kristályvizsgálat megállapította, hogy Xe–Xe kötés hossza ebben a vegyületben 309 pm, ami nagyon gyenge kötésre utal.[12] A Xe+2 ion izoelektronos a szintén zöld színű I2 ionnal.[15]

Komplex kémia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A XeF2 az átmenetifémek komplexeiben viselkedhet ligandumként.[11] Például a HF oldatban:

Mg(AsF6)2 + 4 XeF2 → [Mg(XeF2)4](AsF6)2

A kristályszerkezet vizsgálata arra utal, hogy a magnézium atomot hat fluor atom koordinálódik. Négy fluor a négy xenon-difluorid ligandumhoz kapcsolódik, míg a másik kettő a cis-AsF6 ligandumpárhoz kötődik.[16]

Egy ehhez hasonló reakció a következő is:

Mg(AsF6)2 + 2 XeF2 → [Mg(XeF2)2](AsF6)2

Ennek a terméknek megvizsgálva a kristályszerkezetét az látható, hogy a magnéziumatom oktaéderes koordinációjú, ahol az XeF2 ligandumok axiálisak, míg az AsF6 ligandumok a tengelyre merőlegesek.

Számos ehhez hasonló, [Mx(XeF2)n](AF6)x összetételű terméket szolgáltató folyamatot figyeltek már meg, ahol M helyén Ca, Sr, Ba, Pb, Ag, La, vagy Nd míg A helyén As, Sb vagy P állhat.

Nemrég egy olyan vegyületet állítottak elő, melyben a fématomhoz csak a XeF2 fluor atomjai koordinálódnak:[17]

2 Ca(AsF6 )2 + 9 XeF2 → Ca2(XeF2)9(AsF6)4.

Ehhez a reakcióhoz nagy feleseg xenon-difluorid szükséges. Olyan a só szerkezete, hogy a Ca2+ ionok egyik feléhez a xenon-difluorid fluor atomjai koordinálódnak, míg a többi Ca2+ ionhoz a XeF2 és AsF6 fluorjai kapcsolódnak.

Alkalmazása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fluorozószerként[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A xenon-difluorid erős oxidáló- és fluorozószer.[18][19] Olyan anyagokkal közösen, mely elnyeli a fluorid iont, XeF+ és Xe2F3+ ionokat alkot, melyek még erősebb hatású szerek.[11]

A xenon-difluorid hatására végbemenő fluorozási reakciók közé tartonak:

  • Oxidatív fluorozás:
Ph3TeF + XeF2 → Ph3TeF3 + Xe
  • Reduktív fluorozás:
2 CrO2F2 + XeF2 → 2 CrOF3 + Xe +O2
  • Aromás fluorozás:
Fluor1.png
Fluor2.png
  • Alkén fluorozása:
Fluor3.png

A XeF2 egy olyan molekula, mely nem minden atomot fluoroz. Így kitűnő eszköz arra, hogy egy szerkezetben csak egyes atomokat fluorozzon, míg a többit érintetlenül hagyja. Például a trimetil-arzénben csak az arzén atomot fluorozza, a metil-csoportot változatlanul hagyja.[20]

(CH3)3As + XeF2(CH3)3AsF2

A XeF2 oxidatívan dekarboxilezi a karbonsavakat, a megfelelő fluorozott alkánok keletkezése közben:[21][22]

RCOOH + XeF2 → RF + CO2 + Xe + HF

A vizsgálatok szerint a szilícium-tetrafluroid katalizátorként vehet részt ezekben a folyamatokban:[23]

Marószerként történő alkalmazása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A xenon-difluoridot ezeken felül alkalmazzák még szilícium marására is, elsősorban a mikro-elektromechanikai rendszerek létrehozása során. Brazzle, Dokmeci és társaik így írják le ezt az eljárást:[24]

A marás folyamata a következő: A XeF2 először adszorbeálódik a szilícium felületén, és xenon (Xe) és fluor (F) atomokra disszociál. A szilícium marási folyamatában a fluor a fő maróanyag. Az XeF2 maró hatását a következő egyenlet írja le:

2 XeF2 + Si → 2 Xe + SiF4
Az XeF2 viszonylag gyorsan maró anyag, és nem igényel ionbombázást vagy más külső energiaforrást ahhoz, hogy megmarja a szilíciumot.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Xenon difluoride című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

  1. ^ a b c d Biztonsági adatlap (ALfa-Aesar)
  2. ^ a b c Biztonsági adatlap (Sigma-Aldrich)
  3. Weeks, J.; Matheson, M., "Xenon Difluoride", Inorganic Syntheses (8) 1966
  4. Tius, M. A., Tetrahedron, Volume 51, Issue 24, 12 June 1995, pp. 6605-6634, Sablon:Doi-inline.
  5. Chernick, CL and Claassen, HH and Fields, PR and Hyman, HH and Malm, JG and Manning, WM and Matheson, MS and Quarterman, LA and Schreiner, F. and Selig, HH and others (1962.). „\doi=10.1126/science.138.3537.136 Fluorine Compounds of Xenon and Radon”. Science, 138, 136--138. o, Kiadó: American Association for the Advancement of Science.  
  6. Hoppe, R. ; Daehne, W. ; Mattauch, H. ; Roedder, K. (1962. november 1.). „FLUORINATION OF XENON”. Angew. Chem. Intern. Ed. Engl.; Vol: 1 1, 599. o. DOI:10.1002/anie.196205992.  
  7. Hoppe, R. (1964.). „Die Valenzverbindungen der Edelgase”. Angewandte Chemie 11, 455. o.  
  8. Weeks, J.; Matheson, M.; Chernick, C., (1962.). „Photochemical Preparation of Xenon Difluoride" Photochemical Preparation of Xenon Difluoride”. J. Am. Chem. Soc. 84 (23), 4612–4613. o. DOI:10.1021/ja00882a063.  
  9. Williamson, S., "Xenon Difluoride", Inorganic Syntheses (11) 1968.
  10. Šmalc, A.; Lutar, K., "Xenon Difluoride (Modification)", Inorganic Syntheses (29) 1992.
  11. ^ a b c Melita Tramšek (2006. December). „Synthesis, Properties and Chemistry of Xenon(II) Fluoride”. Acta Chim. Slov. 53 (2), 105-116. o.  
  12. ^ a b Elements of the p block, Contributor Charlie Harding, David Arthur Johnson, Rob Janes, Royal Society of Chemistry (Great Britain), Open University (2002). ISBN 0854046909 
  13. (1992.) „The dixenon(1+) cation: formation in the condensed phases and characterization by ESR, UV-visible, and Raman spectroscopy”. Inorganic Chemistry 31 (24), 5041–5052. o. DOI:10.1021/ic00050a023.  
  14. (1980.) „Production of dixenon cation by reversible oxidation of xenon”. Journal of the American Chemical Society 102 (8), 2856–2857. o. DOI:10.1021/ja00528a065.  
  15. Introduction to modern inorganic chemistry, 6th, CRC Press (2002). ISBN 0748764208 
  16. Tramšek, M.; Benkič, P.; Žemva, B., Inorg. Chem., 43 (2), 699 -703, (2004) "First Compounds of Magnesium with XeF2".
  17. Tramšek, M.; Benkič, P.; Žemva, B., Angewandte Chemie International Edition, 43, (2), 3456 (2004) "The First Compound Containing a Metal Center in a Homoleptic Environment of XeF2 Molecules".
  18. D. F. Halpem, "Xenon(II) Fluoride" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York.
  19. Taylor, S.; Kotoris, C.; Hum, G., (1999.). „Recent Advances in Electrophilic Fluorination”. Tetrahedron 55 (43), 12431–12477. o. DOI:10.1016/S0040-4020(99)00748-6.   A review of fluorination in general.
  20. W. Henderson. Main group chemistry. Great Britain: Royal Society of Chemistry (2000). ISBN 0854046178 
  21. Can J Chem, 1986, 64, 138
  22. J Org Chem, 1969, 34, 2446
  23. Tamura Masanori (1998.). „Fluorination of olefins with xenon difluoride-silicon tetrafluoride” (Japanese nyelven). Fusso Kagaku Toronkai Koen Yoshishu, Japan 22, 62-63. o. Journal code: F0135B; accession code: 99A0711841.  
  24. Brazzle, J.D.; Dokmeci, M.R.; Mastrangelo, C.H.; Sablon:Doi-inline, 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2004, pages 737-740.

További olvasnivalók[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw. Az elemek kémiája. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó (1999). ISBN 936 18 9144 5 

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]