Фторид ксенона(II)

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

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

Физико-химические свойства

Обладает характерным тошнотворным запахом.

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

Термодинамические величины

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

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

Кристаллическая ячейка XeF₂

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

Получение

Впервые синтез XeF₂ провёл Червик Виикс в 1962 году.

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

$𝖷𝖾\mathsf{+}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}$

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:

$\mathrm{𝟤}𝖷𝖾\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖮{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

В России налажено производство дифторида ксенона на Сибирском химическом комбинате.

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

Химические свойства

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

$\mathrm{𝟤}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖷𝖾\mathsf{+}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}$

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

$\mathrm{𝟤}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖷𝖾\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖭𝖺𝖥\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Менее активный окислитель, чем молекулярный фтор.

Образование координационных соединений

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

$𝖬𝗀\mathsf{[}𝖠𝗌{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}{\mathsf{]}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }\mathsf{[}𝖬𝗀\mathsf{(}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{[}𝖠𝗌{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}{\mathsf{]}}_{\mathrm{𝟤}}$

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

Известно множество таких реакций с продуктами типа [M^x(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⁺.

$𝖠𝗌{𝖥}_{\mathrm{𝟧}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖷{𝖾}_{\mathrm{𝟤}}{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{[}𝖠𝗌{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{]}$

Реакции фторирования с простыми веществами

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

Водный раствор дифторида окисляет броматы до перброматов:

$𝖪𝖡𝗋{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖪𝖡𝗋{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖷𝖾\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥$

Окислительное фторирование

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

$𝖯{𝗁}_{\mathrm{𝟥}}𝖳𝖾𝖥\mathsf{+}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖯{𝗁}_{\mathrm{𝟥}}𝖳𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖷𝖾\mathsf{\uparrow }$

Восстановительное фторирование

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

$\mathrm{𝟤}𝖢𝗋{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖢𝗋𝖮{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖷𝖾\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

Фторирование ароматических соединений

Фторирование ароматических соединений идёт по механизму электрофильного замещения:

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

Фторирование непредельных соединений

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

Фторирующее декарбоксилирование

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

$𝖱𝖢𝖮𝖮𝖧\mathsf{+}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖱𝖥\mathsf{+}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖷𝖾\mathsf{+}𝖧𝖥$

Применение

• Один из самых мощных фторирующих агентов.
• Применяют для получения высокотемпературных сверхпроводников на основе сложных слоистых оксофторидов меди
• Является достаточно перспективным для дезинфекции труднодоступных мест
• Дифторид ксенона используется для травления кремния в микроэлектромеханических системах:

$\mathrm{𝟤}𝖷𝖾{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖲𝗂\mathsf{\to }𝖲𝗂{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖷𝖾$

См. также

• Тетрафторид ксенона
• Гексафторид ксенона

Литература

• 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.