Фториды кислорода

Открытие

Дифторид кислорода был открыт впервые в 1929 году Полем Лебо и Августином 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 фторидом кислорода (OF2). Хотя общая электронная пара практически не смещается от атома кислорода в сторону атома фтора.

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) электролизом водного 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 радикалов2O· → O2 — доминирующий процессO· H2O → H2O2O· F2 → OF2

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:

OF2 H2O → 2HF O2

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.

1. 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 происходит 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), это соединение 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.

Имели значительный успех опыты применения фторида кислорода(II) в газодинамических химических лазерах. Имея лучшие показатели, 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 токсичности превышает фосген, 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 Солнечной системы

Большая советская энциклопедия (фт) | страница 4 | онлайн-библиотека

  Получить Ф. можно взаимодействием фтора с элементами, действием фтористого водорода на металлы и другими способами.

  Широкое применение находят фтористый водород, фториды кислорода, фториды азота. Ф.

хлора ClF3 и ClF5 — окислители ракетных топлив; кроме того, ClF3 служит фторирующим агентом для получения гексафторида урана UF6, применяемого в атомной промышленности для изотопов разделения урана; летучие Ф.

металлов используются для нанесения металлических покрытий. Ф. лития, магния, кальция, стронция, бария и др. металллов применяют в качестве сырья для производства оптических стёкол. См. также Криолит.

  Лит. см. при ст. Фтор.

  А. В. Пакратов.

Воздействие на озон

Кислородные и фторсодержащие радикалы, такие как FO2 и FO встречаются в атмосфере. Они вместе с другими галогеновыми радикалами участвовали в разрушение озона в атмосфере. Однако оксид фтора радикалы предполагается, что они не играют такой большой роли в истощении озонового слоя, потому что свободные атомы фтора в атмосфере, как полагают, реагируют с метан производить плавиковая кислота который выпадает в дождь.

F О3⟶FO О2FO О⟶F О2Чистая реакция:О3 О⟶2О2{ displaystyle { begin {array} {lr} & { ce {F O3 -> FO O2}} & { ce {FO O -> F O2}} hline { text {Чистая реакция:}} & { ce {O3 O -> 2 O2}} end {array}}} FO O2}} & { ce {FO O -> F O2}} hline { text {Чистая реакция:}} & { ce {O3 O -> 2 O2}} end {array}}}»>

Гиперголический пропеллент

Несмотря на низкую растворимость O3F2 в жидком кислороде, как было показано, гиперголичный с большинством ракетного топлива. Механизм заключается в выкипании кислорода из раствора, содержащего O3F2, что делает его более реактивным для самопроизвольной реакции с ракетным топливом.

Дифторид кислорода (o2f2)

О2F2 выпадает в виде коричневого твердого вещества на УФ-облучение смеси жидкого O2 и F2 при -196 ° C.[8] Он также кажется стабильным только при температуре ниже -160 ° C.[9] Общий метод получения многих фторидов кислорода — это газовый электрический разряд в холодных контейнерах, включая O2F2.[10]

Дифторид кислорода (of2)

Обычный препаративный метод включает фторирование едкий натр:

2F2 2NaOH⟶ИЗ2 2NaF ЧАС2О{ Displaystyle { ce {2F2 2NaOH -> OF2 2NaF H2O}}} OF2 2NaF H2O}}}»>

ИЗ2 представляет собой бесцветный газ при комнатной температуре и желтую жидкость при температуре ниже 128 К. Дифторид кислорода имеет раздражающий запах и ядовит.[3] Количественно реагирует с водными галогенкислотами, освобождая галогены:

ИЗ2 4HCl⟶2Cl2 2HF 2ЧАС2О{ Displaystyle { ce {OF2 4HCl -> 2Cl2 2HF 2H2O}}} 2Cl2 2HF 2H2O}}}»>

Он также может вытеснять галогены из их солей.[3] Это одновременно эффективный фторирующий агент и сильный окислитель. При реакции с ненасыщенными фториды азота при электрическом разряде приводит к образованию трифторид азота, фториды оксидов и другие оксиды.[6][7]

Дифторид триоксигена (o3f2)

О3F2 представляет собой вязкую жидкость кроваво-красного цвета. Он остается жидким при 90 K и поэтому его можно отличить от O2F2 который имеет температуру плавления около 109 К.[11][3]

Как и другие фториды кислорода, O3F2 является эндотермический и разлагается примерно при 115 K с выделением тепла, которое дается следующей реакцией:

2О3F2⟶О2 2О2F2{ Displaystyle { ce {2 O3F2 -> O2 2O2F2}}} O2 2O2F2}}}»>

О3F2 безопаснее работать, чем озон, и 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.

Из воды фтор вытесняет кислород, образуя фтористый водород, причем кислород отчасти выделяется в форме озона.получают of2 взаимодействием фтора с холодным разбавленным раствором щелочи, иногда реакцией na2o с фтором или воды с фтором в присутствии фторидов щелочных металлов. образуется of2 также при электролизе kh2f3, содержащих воду.

O2F2 

Диоксидифторид O2F2 – оранжевый ядовитый газ, т. пл.   -1540С, т. кип.  –570С (с разложением),  ∆Нобр0 =  19,2 кДж/моль.

O2F2 сильный окислитель и фторирующий реагент.

Литература

• С.Сарнер. Химия ракетных топлив. изд «Мир», Москва, 1969.г.
• Schmidt E. W.,Harper J. T., Handling and Use of Fluoride and Fluorine-Oxygen Mixtures in Rocket Systems, Lewis Research Center, NASA SP-3037, Cleveland, Ohio, 1967.

Монофторид диоксида

Монофторид диоксида такая молекула, как O-O-F, чья химическая формула это O2F и стабилен только при низкой температуре. Сообщается, что он производится из атомарного фтора и дикислорода.[12].

О2 F⟶О2F{ displaystyle { rm {O_ {2} F longrightarrow O_ {2} F}}}

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:

2 F 2 2 N a O H → O F 2 2 N a F H 2 O {displaystyle {mathsf {2F_{2} 2NaOHightarrow OF_{2} 2NaF H_{2}O}}} F 2 H 2 O → 2 H F O : {displaystyle {mathsf {F_{2} H_{2}Oightarrow 2HF O:}}} — инициация свободных радикалов с образованием бирадикала O: 2 O :

Получение дифтордиоксида производится пропусканием электрических искр через эквимолярную смесь фтора и кислорода при низкой температуре (температура жидкого воздуха)

Тетраоксидифторид — O4F2, димер диоксигенилфторида O2F. Красно-коричневое твёрдое вещество, диссоциирующее при нагревании выше −191 °C.

Химические свойства

Тетраоксидифторид представляет собой димер радикала диоксигенилфторида FO2·, в температурном диапазоне от −175 до −185 °C радикал и его димер сосуществуют в виде равновесной смеси:

2FO2· ↔ F2O4

Диоксигенилфторид изостеричен озонид-аниону, однако геометрия молекулы ближе к диоксидифториду: связи F-O-O образуют тупой угол, связь O=O диоксигенилфторида (и тетраоксидифторида) значительно короче и прочнее (энергия диссоциации — 463 КДж/моль, длина — 1.217 Å)

И тетраоксидифторид, и диоксигенилфторид реагируют с кислотами Льюиса — акцепторами фторид-аниона, образуя соли диоксигенил-аниона:

O2F BF3  O2 BF4−

Тетраоксидифторид является более сильным окислителем и фторирующим агентом, чем диоксидифторид F2O2[1].

Применение

Благодаря высокой энергии активации разложения фторида кислорода(II), это соединение 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.

Имели значительный успех опыты применения фторида кислорода(II) в газодинамических химических лазерах. Имея лучшие показатели, нежели фтор, фторид кислорода(II) способен занять достойное место в качестве компонента для боевого лазерного оружия высокой мощности[источник не указан 1593 дня].

Рекомендации

Синтез

Вот некоторые методы синтеза и реакции трех наиболее распространенных фторидов кислорода — дифторида кислорода (OF2), дифторид кислорода (O2F2) и дифторид озона (O3F2).

См. также

• Дифторид дикислорода
• Соединения фтора в ракетной технике

Токсичность

Фторид кислорода(II) чрезвычайно токсичен (степень токсичности сопоставима с таковой фосгена), гораздо более ядовит, чем фтор, так как вызывает сильнейшее раздражение тканей организма, очень глубоко проникает и растворяется в них (глубже чем фтор), затрудняет дыхание.

Смертельная доза (LC50) — 1-2 мг/м3*1 час (даже меньше, чем у синильной кислоты).

Упоминания в литературе

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

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 Д.

Фторид кислорода(ii) — wikimodern

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

Дифторид кислорода был открыт впервые в 1929 году Полем Лебо и Августином Дамьеном, а спустя некоторое время подробно изучен Руффом и Менцелем.

Фторид кислорода, химические свойства, получение

Фториды галогенов

Фтори’ды галоге’нов, соединения фтора с др. галогенами. Известны следующие Ф. г.: CIF, CIF3, CIF5, BrF, BrF3, BrF5, IF, IF5 и IF7. Подробно см. в ст. Межгалогенные соединения.

Фториды кислорода

Фториды природные

Фтори’ды приро’дные, класс минералов, природные соединения элементов Na, К, Ca, Mg, Al, редкоземельных элементов (TR), реже Cs, Sr, Pb, Bi, В с фтором. Известно около 35 Ф. п. Различают простые Ф. п.

: группа виллиомита — NaF, флюорита — CaF2, селлаита — MgF2, флюоцерита — (Ce, La) F3, и комплексные, в которых комплексообразователями являются В, Al, Mg, TR, Si, а роль адденда выполняет фтор: группа авогадрита — (К, CS)[BF4], криолита — Na3[AlF6], гагаринита — NaCa [TRF6], нейборита — Na [MgF6], веберита — Na2[MgAlF7], томсенолита — NaCa [AlF6]·H2O, малладрита — Na2SiF6] и др. Наиболее распространён в природе флюорит.

Ф. п. бесцветны или окрашены в светлые тона, прозрачные или просвечивающие, со стеклянным блеском, низкой твёрдостью (2—5 по минералогической шкале), плотностью (2000—3180 кг/м3 исключение составляют фториды редких земель) и весьма низкими показателями преломления (1,30—1,50; у флюоцерита 1,61).

  Ф. п. возникают в возгонах вулканов (ферручит, авогадрит, криптогалит, малладрит и др.), встречаются как акцессорные минералы гранитов, щелочных пород и их эффузивных аналогов (флюорит).

Они характерны для поздних стадий развития карбонатитов (флюорит), гранитных пегматитов, грейзенов и гидротермальных образований (флюорит), щелочных гранитов и связанных с ними метасоматитов (криолит, флюоцерит, гагаринит), а также луявритов, фойяитов и уртитов (виллиомит).

Многие алюмофториды возникают при гидротермальном изменении криолита (томсенолит, ральстонит, пахнолит, веберит, хиолит и другие). В зоне окисления по эндогенным Ф. п. часто развиваются гипергенные: геарксутит, кридит, флюеллит, для осадочных толщ характерен флюорит (ратовкит). Практическое значение имеют флюорит и криолит.

  Лит.: Минералы. Справочник, т. 2, в. 1, М., 1963.

  А. И. Гинзбург.

Фтористоводородная кислота

Фтористоводоро’дная кислота’, плавиковая кислота, водный раствор фтористого водорода HF; фтористый водород смешивается с водой в любых соотношениях. Азеотропная смесь содержит 38,26% HF, tkип 112°С (750 мм рт. ст.), плотность 1,138 г/см3. Ф. к.

реагирует с окислами с образованием фторидов. Растворяет фториды, образуя с ними комплексные соединения; интенсивно реагирует с силикатными материалами (в частности, со стеклом). Применяется как растворитель, служит для травления стекла, а также реагентом для получения фторидов.

  Лит. см. при ст. Фтор.

Фтористый водород

Фто’ристый водоро’д, HF, соединение фтора с водородом. Плотность 0,98 г/см3 (12°С), tпл — 83,37°С, tkип 19,43°С.

Выше 19,43°С — бесцветный газ с резким запахом, раздражающим дыхательные пути, ниже этой температуры — бесцветная легкоподвижная жидкость; tkpит 230,2°С, ркрит 9,45 Мн/м2 (94,5 кгс/см2), энтальпия образования — 271 кдж/моль (—64,8 ккал/моль). Молекулы Ф. в.

ассоциированы, степень ассоциации зависит от агрегатного состояния, температуры и давления. В газообразном Ф. в. ассоциаты включают три или четыре молекулы HF. ф. в. смешивается с водой в любых соотношениях. Водный раствор Ф. в. — фтористоводородная кислота.

Химические свойства

Дифторид кислорода — весьма энергичный окислитель, и в этом отношении напоминает по силе свободный фтор, а по механизму окислениия — озон, но реакции с участием фторида кислорода(II) требуют более высокой энергии активации, так как на первой стадии происходит образование атомарного кислорода (как и у озона).

При растворении в горячей воде подвергается гидролизу. При этом образуется фтороводород и обычный кислород. В щелочной среде разложение протекает достаточно быстро.

Смесь паров дифторида кислорода и воды взрывоопасна:

O F 2 H 2 O → 2 H F O 2 {displaystyle {mathsf {OF_{2} H_{2}Oightarrow 2HF O_{2}}}}

https://www.youtube.com/watch?v=IIjRJ1ecyys

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.