Фторид ксенона(II)

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

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
Температура
• плавления	129,03 °C
• кипения	155 °C
• разложения	600 °C
Критическая точка	631 °C, 9,3 МПа
Классификация
Рег. номер CAS	13709-36-9
PubChem	83674
Рег. номер EINECS	237-251-2
SMILES	F[Xe]F
InChI	InChI=1S/F2Xe/c1-3-2 IGELFKKMDLGCJO-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	75497
Безопасность
NFPA 704	0 3 1 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Физико-химические свойстваПравить

Обладает характерным тошнотворным запахом.

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

Термодинамические величиныПравить

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)

РастворимостьПравить

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

СтроениеПравить

 

Кристаллическая ячейка XeF₂

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

ПолучениеПравить

Впервые синтез XeF₂ провёл Червик Виикс в 1962 году.

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

$\mathsf{X}\mathsf{e}\mathsf{+}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}$${\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{2}\mathsf{X}\mathsf{e}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{O}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\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 свойстваПравить

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

$\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{X}\mathsf{e}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{4}}$${\mathsf {2XeF_{2}\rightarrow Xe+XeF_{4}}}$ 

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

$\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2XeF_{2}+4NaOH\rightarrow 2Xe\uparrow +4NaF+2H_{2}O+O_{2}\uparrow }}$ 

Менее активный окислитель, чем молекулярный фтор.

Образование координационных соединенийПравить

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

$\mathsf{M}\mathsf{g}\mathsf{[}\mathsf{A}\mathsf{s}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}{\mathsf{]}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{[}\mathsf{M}\mathsf{g}\mathsf{(}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{]}\mathsf{[}\mathsf{A}\mathsf{s}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}{\mathsf{]}}_{\mathsf{2}}$${\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 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⁺.

$\mathsf{A}\mathsf{s}{\mathsf{F}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{X}{\mathsf{e}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{F}}_{\mathsf{3}}\mathsf{[}\mathsf{A}\mathsf{s}{\mathsf{F}}_{\mathsf{6}}\mathsf{]}$${\mathsf {AsF_{5}+2XeF_{2}\rightarrow Xe_{2}F_{3}[AsF_{6}]}}$ 

Реакции фторирования с простыми веществамиПравить

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 окисленияПравить

Водный раствор дифторида окисляет броматы до перброматов:

$\mathsf{K}\mathsf{B}\mathsf{r}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{K}\mathsf{B}\mathsf{r}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{F}$${\mathsf {KBrO_{3}+XeF_{2}+H_{2}O\rightarrow KBrO_{4}+Xe\uparrow +2HF}}$ 

Окислительное фторированиеПравить

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

$\mathsf{P}{\mathsf{h}}_{\mathsf{3}}\mathsf{T}\mathsf{e}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{P}{\mathsf{h}}_{\mathsf{3}}\mathsf{T}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {Ph_{3}TeF+XeF_{2}\rightarrow Ph_{3}TeF_{3}+Xe\uparrow }}$ 

Восстановительное фторированиеПравить

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

$\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{r}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{r}\mathsf{O}{\mathsf{F}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {2CrO_{2}F_{2}+XeF_{2}\rightarrow 2CrOF_{3}+Xe+O_{2}}}$ 

Фторирование ароматических соединенийПравить

Фторирование ароматических соединений идёт по механизму электрофильного замещения:

 

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

 

Фторирование непредельных соединенийПравить

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

Фторирующее декарбоксилированиеПравить

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

$\mathsf{R}\mathsf{C}\mathsf{O}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{R}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{X}\mathsf{e}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{F}$${\mathsf {RCOOH+XeF_{2}\rightarrow RF+CO_{2}+Xe+HF}}$ 

ПрименениеПравить

• 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:

$\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}{\mathsf{F}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{i}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{F}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{X}\mathsf{e}$${\mathsf {2XeF_{2}+Si\rightarrow SiF_{4}+2Xe}}$ 

См. такжеПравить

• Тетрафторид ксенона
• Гексафторид ксенона

ЛитератураПравить

• 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.