Трифторид азота - Nitrogen trifluoride

Трифторид азота
Трифторид азота
Трифторид азота
Имена
Название ИЮПАК
Трифторид азота
Другие имена
Фтористый азот
Трифторамин
Трифтораммония
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.029.097 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 232-007-1
1551
Номер RTECS
  • QX1925000
UNII
Номер ООН2451
Характеристики
NF3
Молярная масса71,00 г / моль
Внешностьбесцветный газ
Запахзаплесневелый
Плотность3.003 кг / м3 (1 атм, 15 ° С)
1,885 г / см3 (жидкость при б.п.)
Температура плавления -207,15 ° С (-340,87 ° F, 66,00 К)
Точка кипения -129,06 ° С (-200,31 ° F, 144,09 К)
0,021 г / 100 мл
Давление газа44,0 атм[1](-38,5 ° F, -39,2 ° C или 234,0 K)[а]
1.0004
Структура
тригонально-пирамидальный
0,234 D
Термохимия
53,26 Дж / (моль · К)
260,3 Дж / (моль · К)
−31,4 кДж / моль[2]
−109 кДж / моль[3]
-84,4 кДж / моль
Опасности
Паспорт безопасностиAirLiquide
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгоранияНегорючий
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
2000 частей на миллион (мышь, 4час )
9600 частей на миллион (собака, 1 ч)
7500 частей на миллион (обезьяна, 1 ч)
6700 частей на миллион (крыса, 1 ч)
7500 частей на миллион (мышь, 1 ч)[5]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 10 частей на миллион (29 мг / м3)[4]
REL (Рекомендуемые)
TWA 10 частей на миллион (29 мг / м3)[4]
IDLH (Непосредственная опасность)
1000 частей на миллион[4]
Родственные соединения
Другой анионы
трихлорид азота
трибромид азота
трииодид азота
аммиак
Другой катионы
трифторид фосфора
трифторид мышьяка
трифторид сурьмы
трифторид висмута
Связанные бинарные фтор-азаны
тетрафторгидразин
Родственные соединения
дифторид диазота
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы
Эта статья о химическом составе. Для использования в других целях см. NF3.

Трифторид азота это неорганическое соединение с формула NF3.Этот азот -фтор Состав представляет собой бесцветный негорючий газ со слегка затхлым запахом. Он находит все более широкое применение в качестве травителя в микроэлектроника.Трифторид азота является чрезвычайно сильным парниковый газ.

Синтез и реакционная способность

Трифторид азота является редким примером бинарного фторида, который можно получить непосредственно из элементов только в очень необычных условиях, таких как электрический разряд.[6] После первой попытки синтеза в 1903 г. Отто Рафф полученный трифторид азота электролизом расплавленной смеси фторид аммония и фтороводород.[7] Он оказался намного менее реактивным, чем другие тригалогениды азота. трихлорид азота, трибромид азота и трииодид азота, все они взрывоопасны. Единственный среди тригалогенидов азота он имеет отрицательную энтальпию образования. Сегодня его получают как путем прямой реакции аммиака и фтора, так и с помощью разновидности метода Раффа.[8] Поставляется в баллонах под давлением.

Реакции

NF3 плохо растворяется в воде, не вступая в химические реакции. Это неосновной с низким дипольный момент 0,2340 D. Напротив, аммиак является основным и сильно полярным (1,47 D).[9] Это различие возникает из-за того, что атомы фтора действуют как электроноакцепторные группы, притягивая практически все электроны неподеленной пары на атоме азота. NF3 является мощным, но медленным окислителем.

Он окисляет хлористый водород до хлора:

2 НФ3 + 6 HCl → 6 HF + N2 + 3 Cl2

Он преобразуется в тетрафторгидразин при контакте с металлами, но только при высоких температурах:

2 НФ3 + Cu → N2F4 + CuF2

NF3 реагирует с фтором и пентафторид сурьмы дать тетрафтораммоний соль:

NF3 + F2 + SbF5 → NF+
4SbF−
6

Приложения

Трифторид азота используется в плазменное травление кремниевых пластин. Сегодня трифторид азота в основном используется для очистки PECVD камеры в крупносерийном производстве жидкокристаллических дисплеев и кремниевых тонкопленочных солнечных элементов. В этих приложениях NF3 изначально разбит на месте плазмой. Образующийся фтор атомы являются активными чистящими средствами, которые атакуют поликремний, нитрид кремния и оксид кремния. Трифторид азота также можно использовать с силицид вольфрама, и вольфрам произведено ССЗ. NF3 считается экологически предпочтительным заменителем гексафторид серы или же перфторуглероды Такие как гексафторэтан.[10]Процесс утилизации химикатов, применяемых в плазменные процессы обычно ниже 20%, поэтому некоторые из ПФУ а также некоторые из NF3 всегда убегайте в атмосферу. Современные системы газоочистки могут снизить такие выбросы.

F2 газ (двухатомный фтор ) был введен как климатически нейтральный замена трифторида азота при производстве плоских дисплеев и тонкопленочных солнечных элементов.[11]

Трифторид азота также используется в лазеры на фтористом водороде и фториде дейтерия, которые являются типами химические лазеры. Он предпочтительнее газообразного фтора из-за его удобных в обращении свойств, отражающих его значительную стабильность.

Он совместим со сталью и Монель, а также несколько пластиков.

Парниковый газ

Рост концентрации NF в атмосфере3 с 1990-х годов показан на правом графике вместе с подмножеством подобных искусственных газов. Обратите внимание на масштаб журнала.

NF
3 это парниковый газ, с потенциал глобального потепления (GWP) в 17 200 раз больше, чем у CO
2 при сравнении за 100-летний период.[12][13][14] Его GWP ставит его на второе место после SF
6 в группе Киото признанный парниковые газы и NF
3 был включен в эту группу с 2013 года и с начала второго периода действия обязательств Киотского протокола. По оценкам время жизни в атмосфере 740 лет,[12] хотя другие работы предполагают немного более короткий срок жизни 550 лет (и соответствующий GWP 16 800).[15]

Несмотря на то что NF
3 имеет высокий ПГП, долгое время радиационное воздействие в Атмосфера Земли Предполагается, что они малы, при этом ложно предполагается, что в атмосферу выбрасываются лишь небольшие количества. Промышленное применение NF
3 обычно разрушают его, в то время как в прошлом ранее использовались регулируемые соединения, такие как SF
6 и ПФУ часто выпускались. Исследования поставили под сомнение предыдущие предположения. Приложения большого объема, такие как DRAM производство компьютерной памяти, изготовление плоские дисплеи и крупномасштабное производство тонкопленочные солнечные элементы использовать NF
3.[15][16]

Таймсерии трифторида азота на различных широтах.

С 1992 года, когда было произведено менее 100 тонн, производство выросло примерно до 4000 тонн в 2007 году и, по прогнозам, значительно увеличится.[15] Мировое производство NF3 ожидается, что к 2010 году он достигнет 8000 тонн в год. Безусловно, крупнейший в мире производитель NF
3 США промышленный газ и химическая компания Air Products & Chemicals. Примерно 2% произведенных NF
3 выбрасывается в атмосферу.[17][18] Робсон прогнозировал, что максимальная концентрация в атмосфере составляет менее 0,16 частей на триллион (ppt) по объему, что обеспечит менее 0,001 Вт · м3.−2 ИК-форсирования.[19]Средняя глобальная тропосферная концентрация NF3 выросла с 0,02 ppt (частей на триллион, мольная доля сухого воздуха) в 1980 году до 0,86 ppt в 2011 году, со скоростью роста 0,095 ppt в год.−1, или около 11% в год, и межполушарный градиент, который согласуется с выбросами, происходящими преимущественно в Северном полушарии, как и ожидалось. Эта скорость роста в 2011 году соответствует примерно 1200 метрических тонн / год NF.3 выбросы во всем мире, или около 10% от NF3 оценки мирового производства. Это значительно более высокий процент, чем было оценено в отрасли, и, таким образом, усиливает аргументы в пользу инвентаризации ЯО.3 производства и регулирования его выбросов.[20]Одно исследование, в соавторстве с представителями отрасли, предполагает, что вклад НФ3 выбросы в общий парниковый газ Бюджет производства тонкопленочных Si-солнечных элементов завышен. Вместо этого вклад трифторида азота в CO2-бюджет на производство тонкопленочных солнечных элементов окупается уже в течение нескольких месяцев за счет СО2 потенциал экономии фотоэлектрической технологии.[21]

В РКИК ООН в контексте Киотского протокола решили включить трифторид азота во вторую Киотский протокол период соответствия, который начинается в 2012 году и заканчивается в 2017 или 2020 годах. Следуя этому примеру, WBCSD / WRI GHG Protocol вносит поправки во все свои стандарты (корпоративные, продуктовые и Scope 3), чтобы также охватить NF3.[22]

Безопасность

Контакт кожи с NF
3 не опасен, и это относительно незначительный раздражитель слизистые оболочки и глаза. Это легочный раздражитель с токсичность значительно ниже, чем оксиды азота, а чрезмерное воздействие при вдыхании вызывает преобразование гемоглобин в крови метгемоглобин, что может привести к условию метгемоглобинемия.[23] В Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) указывает, что концентрация, непосредственно опасная для жизни или здоровья (значение IDLH), составляет 1000 ppm.[24]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Это давление пара составляет давление на своем критическая температура - ниже обычного комнатная температура.

Рекомендации

  1. ^ Air Products; Физические свойства трифторида азота
  2. ^ Синке, Г. К. (1967). «Энтальпия диссоциации трифторида азота». J. Phys. Chem. 71 (2): 359–360. Дои:10.1021 / j100861a022.
  3. ^ Неорганическая химия, п. 462, в Google Книги
  4. ^ а б c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0455". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ «Трифторид азота». Немедленно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH). Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ Лидин, П. А .; Молочко, В. А .; Андреева, Л. Л. (1995). Химические свойства неорганических веществ (на русском). С. 442–455. ISBN  978-1-56700-041-2.
  7. ^ Отто Рафф, Джозеф Фишер, Фриц Люфт (1928). «Дас Стикофф-3-фторид». Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 172 (1): 417–425. Дои:10.1002 / zaac.19281720132.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ Филип Б. Хендерсон, Эндрю Дж. Войтек «Соединения фтора, неорганические, азотные» в Кирк-Отмере Энциклопедия химической технологии, 1994, John Wiley & Sons, Нью-Йорк. Дои:10.1002 / 0471238961.1409201808051404.a01 Дата публикации статьи в Интернете: 4 декабря 2000 г.
  9. ^ Клапётке, Томас М. (2006). «Азотно-фторсодержащие соединения». Журнал химии фтора. 127: 679–687. Дои:10.1016 / j.jfluchem.2006.03.001.
  10. ^ Х. Райхард, А. Френцель и К. Шобер (2001). «Экологически чистое производство вафель: NF
    3     дистанционная микроволновая плазма для очистки камеры ». Микроэлектронная инженерия. 56 (1–2): 73–76. Дои:10.1016 / S0167-9317 (00) 00505-0.
  11. ^ Я. Ошиново; А. Рива; М. Питтрофф; Т. Шварце; Р. Виланд (2009). «Травление Ар / Н2/ F2 для очистки камеры CVD / ALD ». Твердотельная технология. 52 (2): 20–24.
  12. ^ а б «Изменение климата 2007: основы физических наук» (PDF). IPCC. Получено 2008-07-03. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  13. ^ Робсон, Дж. И .; Gohar, L.K .; Hurley, M.D .; Шайн, К.; Уоллингтон, Т. (2006). «Пересмотренный ИК-спектр, радиационная эффективность и потенциал глобального потепления трифторида азота». Geophys. Res. Lett. 33 (10): L10817. Bibcode:2006GeoRL..3310817R. Дои:10.1029 / 2006GL026210.
  14. ^ Ричард Морган (1 сентября 2008 г.). «Помимо углерода: ученые беспокоятся о влиянии азота». Нью-Йорк Таймс. Архивировано 07.09.2008.. Получено 2008-09-07.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  15. ^ а б c Prather, M.J .; Хсу, Дж. (2008). "NF
    3    , парниковый газ отсутствует в Киото "    . Geophys. Res. Lett. 35 (12): L12810. Bibcode:2008GeoRL..3512810P. Дои:10.1029 / 2008GL034542.
  16. ^ Цай, В.-Т. (2008). «Анализ рисков для окружающей среды и здоровья, связанных с трифторидом азота (NF
    3    ), ядовитый и мощный парниковый газ ». J. Hazard. Мат. 159 (2–3): 257–63. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2008.02.023. PMID  18378075.
  17. ^ М. Рузвельт (2008-07-08). «Климатическая угроза от плоских телевизоров, микрочипов». Лос-Анджелес Таймс.
  18. ^ Хоаг, Ханна (2008-07-10). "Пропавший парниковый газ". Природа сообщает об изменении климата. Новости природы. Дои:10.1038 / климат.2008.72.
  19. ^ Робсон, Джон. «Трифторид азота (NF3)". Королевское метеорологическое общество. Архивировано из оригинал 16 мая 2008 г.. Получено 2008-10-27. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  20. ^ Арнольд, Тим; Harth, C.M .; Mühle, J .; Manning, A.J .; Salameh, P.K .; Kim, J .; Айви, Д. Дж .; Steele, L.P .; Петренко, В. В .; Severinghaus, J. P .; Baggenstos, D .; Вайс, Р.Ф. (05.02.2013). «Глобальные выбросы трифторида азота, оцененные на основе обновленных атмосферных измерений». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 110 (6): 2029–2034. Bibcode:2013PNAS..110.2029A. Дои:10.1073 / pnas.1212346110. ЧВК  3568375. PMID  23341630.
  21. ^ Фтенакис, Василис; Д. О. Кларк; М. Моалем; М. П. Чендлер; Р. Дж. Риджуэй; Ф. Э. Хульберт; Д. Б. Купер; П. Дж. Марулис (25 октября 2010 г.). «Выбросы трифторида азота в течение жизненного цикла от фотоэлектрических систем». Environ. Sci. Technol. Американское химическое общество. 44 (22): 8750–7. Bibcode:2010EnST ... 44.8750F. Дои:10.1021 / es100401y. PMID  21067246.
  22. ^ Риверс, Али (15.08.2012). «Трифторид азота: новый обязательный парниковый газ по Киотскому протоколу». Ecometrica.com. www.ecometrica.com.
  23. ^ Малик, Йогендер (3 июля 2008 г.). «Трифторид азота - Очистка электронных устройств». Gasworld. Архивировано из оригинал на 2008-08-04. Получено 2008-07-15.
  24. ^ «Концентрации, непосредственно опасные для жизни или здоровья (IDLH): трифторид азота». Национальный институт охраны труда и здоровья.

внешняя ссылка


Соли и ковалентные производные нитрид ион
NH3
N2ЧАС4		Курицы2)11
Ли3NБыть3N2BNβ-C3N4
g-C3N4
CИксNу		N2NИксОуNF3Ne
Na3NMg3N2AlNSi3N4PN
п3N5		SИксNу
SN
S4N4		NCl3Ar
KCa3N2ScNБанкаVNCrN
Cr2N		MnИксNуFeИксNуПротивNi3NCuNZn3N2GaNGe3N4В качествеSeNBr3Kr
Руб.Sr3N2YNZrNNbNβ-Mo2NTcRURhPdNAg3NCdNГостиницаSnSbTeNI3Xe
CSБа3N2 Hf3N4TaNWNReОперационные системыIrPtAuHg3N2TlNPbBiNПоВRn
ПтРа3N2 RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvЦOg
↓
ЛаCeNPrNdВечераСмЕвропаGdNTbDyХоЭТмYbЛу
AcЧтПаООНNpПуЯвляюсьСмBkCfEsFMМкрНетLr