Тетрафтораммоний

Тетрафтораммо́ний NF₄⁺ — комплексный неорганический катион, представляющий собой аммоний, все четыре атома водорода в котором замещены фтором^[1]. Тетрафтораммоний является сильным окислителем и одним из немногих устойчивых соединений (и единственным бескислородным), в которых азот имеет степень окисления +5.

Тетрафтораммоний
Общие
Хим. формула	F₄N⁺
Классификация
Номер CAS	30494-78-1
PubChem	5460510
ChemSpider	4574019
ChEBI	30233
SMILES
[N+](F)(F)(F)F
InChI
InChI=1S/F4N/c1-5(2,3)4/q+1
Приводятся данные для стандартных условий (25 ℃, 100 кПа), если не указано иное.

Структура

Ион тетрафтораммония изоэлектронен молекуле тетрафторметана. Аналогично ему (а также аммонию), тетрафтораммоний имеет правильную тетраэдрическую форму (атом азота в центре, атомы фтора по вершинам), длина каждой связи N-F равна примерно 124 пм, угол между каждой парой связей ≈109°28′16″.

Соли

Ион тетрафтораммония даёт соли с разнообразными фтористыми анионами, такими, как:

• Бифторид [HF₂]⁻;
• Тетрафторборат [BF₄]⁻, тетрафторалюминат [AlF₄]⁻;
• Тетрафторбромат [BrF₄]⁻;
• Пентафториды [XF₅]⁻, где X = Ge, Sn, Ti;
• Гексафториды [XF₆]⁻, где X = P, As, Sb, Bi, Pt;
• Гептафториды [XF₇]⁻, где X = W, U, Xe;
• Октафторксенонат [XeF₈]^{2−    [2]}

Он также даёт соли с оксифторидами [XF₅O]⁻, где X = Br; [XF₅O]⁻, где X = W, U; получены соли фторсульфоновой кислоты [SO₃F]⁻

Что касается чисто кислородных анионов, то с ними для тетрафтораммония получены только перхлорат [NF₄]⁺[ClO₄]^{−    [3]} и нитрат NF₄⁺NO₃^{−    [4]}, последняя соль интересна тем, что и в катионе, и в анионе азот имеет максимально возможную степень окисления +5.

Получение

Соли тетрафтораммония синтезируют, окисляя трифторид азота фтором в присутствии сильных кислот Льюиса (как правило, фтористых), действующих как акцепторы фторид-иона. В оригинальном синтезе Толберга, Рьюика и Стрингхэма в 1966 году использовался пентафторид сурьмы^[5]:

${\displaystyle {\mathsf {NF_{3}+SbF_{5}+F_{2}\rightarrow [NF_{4}][SbF_{6}]}}}$

Похожим образом при умеренном нагреве осуществляется синтез гексафторарсената тетрафтораммония^[5]:

${\displaystyle {\mathsf {NF_{3}+AsF_{5}+F_{2}\rightarrow [NF_{4}][AsF_{6}]}}}$

Реакция фтора, трифторида бора и трифторида азота при 800 °C даёт тетрафторборат тетрафтораммония^[6], интересный тем, что оба образующих его комплексных иона изоэлектронны:

${\displaystyle {\mathsf {NF_{3}+BF_{3}+F_{2}\rightarrow [NF_{4}][BF_{4}]}}}$

Соли тетрафтораммония могут быть получены также окислением трифторида азота дифторидом криптона в присутствии фторсодержащих кислот Льюиса.

Применение

К.О. Кристи предложил соли тетрафтораммония как твердые хранилища газообразного фтора. Некоторые из солей тетрафтораммония могут разлагаться с выделением только газообразных продуктов и были разработаны пиротехнические составы для генерации фтора.

Примечания

1. Igor V Nikitin и V Ya Rosolovskii. Tetrafluoroammonium Salts (англ.) // Russian Chemical Reviews. — 1985. — Vol. 54, no. 5. — P. 426. — doi:10.1070/RC1985v054n05ABEH003068.
2. Karl O. Christe, William W. Wilson. Perfluoroammonium and alkali-metal salts of the heptafluoroxenon(VI) and octafluoroxenon(VI) anions (англ.) // Inorganic Chemistry. — 1982. — Vol. 21. — P. 4113—4117. — doi:10.1021/ic00142a001. (недоступная ссылка)
3. Karl O. Christe, William W. Wilson. Synthesis and characterization of tetrafluoroammonium(1+) tetrafluorobromate(1-) and tetrafluoroammonium(1+) tetrafluorooxobromate(1-) (англ.) // Inorganic Chemistry. — 1986. — Vol. 25. — P. 1904—1906. — doi:10.1021/ic00231a038. (недоступная ссылка)
4. Berthold Hoge, Karl O Christe. On the stability of NF₄⁺NO₃^- and a new synthesis of fluorine nitrate (англ.). — 2001. — Vol. 110, iss. 2. — P. 87—88. — doi:10.1016/S0022-1139(01)00415-8.
5. Sykes, A. G. Advances in Inorganic Chemistry (неопр.). — Academic Press, 1989. — ISBN 0120236338.
6. Patnaik, Pradyot. Handbook of inorganic chemicals (неопр.). — McGraw-Hill Education, 2002. — ISBN 0070494398.

Литература

Никитин И. В., Росоловский В. Я. Соли тетрафтораммония (рус.) // АН СССР Успехи химии : журнал. — М.: Российская академия наук, 1985. — Т. LIV, вып. 5. — С. 722—740. — ISSN 0042-1308.