Фторид брома(III)

Фтори́д бро́ма(III) (трифтори́д бро́ма, трёхфто́ристый бром) BrF₃ — соединение брома с фтором, представляющее собой при комнатной температуре подвижную бесцветную жидкость, иногда окрашенную желтовато-серым или соломенным цветом (за счёт разложения вещества с образованием бурого брома), дымящую на воздухе. Обладает сильным раздражающим запахом. В больших концентрациях ядовит.

Фторид брома​(III)​
Общие
Систематическое наименование	Фторид брома​(III)​
Хим. формула	BrF3
Рац. формула	BrF3
Физические свойства
Молярная масса	136,90 г/моль
Плотность	(тв.) 3,2 г/см3, (жидк.) 2,8 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	8,8 °C
• кипения	125,8 °C
Классификация
Рег. номер CAS	7787-71-5
PubChem	24594
Рег. номер EINECS	232-132-1
SMILES	FBr(F)F
InChI	InChI=1S/BrF3/c2-1(3)4 FQFKTKUFHWNTBN-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	22996
Безопасность
NFPA 704	0 4 3
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Строение

Строение молекулы BrF₃

Гибридизация атома брома в молекуле sp³d, а строение молекулы полностью аналогичное строению молекулы трифторида хлора, то есть Т-образное, с одной длинной связью и двумя более короткими.

Для трифторида брома также изучена кристаллическая решётка. Кристаллическая ячейча — орторомбическая. Параметры ячейки:^[1]

Параметр	Значение
a	534 пм
b	735 пм
c	661 пм

Предположительно, в узлах кристаллической решётки находятся ионы [BrF₂]⁺ и [BrF₄]⁻.

Физико-химические свойства

Дипольный момент молекулы составляет 1.19 Дебая.

Термодинамические величины

Свойство	Значение
Стандартная энтальпия образования (в жидкой фазе)	−300,8 кДж/моль
Стандартная энтальпия образования (в газовой фазе)	−255,6 кДж/моль
Энтропия образования (в жидкой фазе)	178,2 Дж/(моль·К)
Энтропия образования (в газовой фазе)	292,5 Дж/(моль·К)
Теплоёмкость (в жидкой фазе)	124,6 Дж/(моль·К)
Теплоёмкость (в газовой фазе)	66,6 Дж/(моль·К)
Энтальпия плавления	12,03 кДж/моль
Энтальпия кипения	42,68 кДж/моль[2]

Растворимость

Растворитель	Значение
Жидкий бром	Не смешивается
Вода	Реагирует
Серная кислота	Растворим
Фтороводород	Неограничено смешиваются (при температуре выше 292К).

Хорошо растворяет фториды некоторых металлов, например NaF, KF, AgF, SnF₂, BaF₂, SbF₂.

Химические свойства

• Воспламеняет многие органические соединения (в частности, бумагу и древесину).
• В жидком состоянии подвергается автоионизации по следующей схеме:

${\displaystyle {\mathsf {BrF_{3}\rightleftarrows BrF_{2}^{+}+BrF_{4}^{-}}}}$

• Многие фториды металлов при растворении образуют двойные соединения, которые в большинстве своём устойчивы к нагреванию, и теряют BrF₃ лишь при температурах выше 200 °C. Например при растворении в трифториде брома фторида калия выделяется следующее соединение:

${\displaystyle {\mathsf {KF+BrF_{3}\rightarrow KBrF_{4}}}}$

Получение

• Трифторид брома можно получить из простых веществ при комнатной температуре (20 °C)

${\displaystyle {\mathsf {Br_{2}+3F_{2}\rightarrow 2BrF_{3}}}}$

• Также, трифторид брома является продуктом диспропорционирования монофторида брома. При этом также образуется свободный бром:

${\displaystyle {\mathsf {3BrF\rightarrow BrF_{3}+Br_{2}}}}$^[3]

Применение

BrF₃ нашел достаточно большой спектр различных вариантов применения. Вот некоторые из них:

• Трифторид брома — очень хороший фторирующий агент. Он используется во всевозможных органических синтезах. Например, в реакции с сукциннитрилом (NCCH₂CH₂CN) образуется 1,1,1,4,4,4-гексафторбутан, который сложно получить, если использовать другие фторирующие агенты.^[4]
• На основе системы литий/трифторид брома разрабатывается достаточно перспективный источник тока.^[5]
• Также трифторид можно использовать для травления кристаллов кремния в газовой фазе, что может успешно применяться для производства различных полупроводниковых приборов.^[6]
• Успешно применяется в ядерной промышленности для получения и разделения фторидов урана, а также является перспективным для переработки ядерного топлива:

${\displaystyle {\mathsf {2U+5BrF_{3}\rightarrow 2UF_{6}+3BrF+Br_{2}}}}$

• Применяется в нефтегазодобывающей промышленности — рабочее вещество в химических резаках для аварийной обрезки и извлечения буровой колонны из скважин.

• Для некоторых синтезов, трифторид брома выступает одновременно в роли растворителя, фторирующего агента и окислителя. Например, реакция с трихлоридами металлов, в которой образуются соли фторпроизводных кислот:

${\displaystyle {\mathsf {MeCl_{3}+3KHF_{2}\rightarrow K_{3}MeF_{6}\downarrow +3HCl}}}$

Опасности

Трифторид брома является достаточно опасным веществом. Среди опасностей связанных с применением этого вещества можно выделить следующие:^[7]:

• Вероятность взрыва от удара, трения или искры.
• Токсичен для вдыхания и попадания внутрь организма.
• Оставляет серьёзные плохозаживающие ожоги при попадании на кожу.

Примечания

1. X-Ray investigation of the structure of liquid Bremine Trifluoride. V.N. Mitkin, G.S. Yurev, S.V. Zemskov, V.I. Kazakova. Journal of Structural Chemistry Volume 28, Number 1, 1987. (недоступная ссылка)
2. Рабинович В. А., Хавин З. Я. «Краткий химический справочник» Л.: Химия, 1977
3. Simons JH (1950). «Bromine (III) Fluoride — Bromine Trifluoride». Inorganic Synthesis 3: 184—186
4. Max T. Baker, Jan A. Ruzicka, John H. Tinker. Journal of Fluorine Chemistry Volume 94, Issue 2, Pages 123—126 (недоступная ссылка)
5. Патент США № 5188913
6. Патент США № 6436229
7. Данные о опасности соединения  (неопр.). Дата обращения: 4 сентября 2008. Архивировано 28 апреля 2008 года.

См. также

• Фтор
• Бром
• Фторид брома(I)
• Фторид брома(V)

Литература

• Джолли У. И. Синтезы неорганических соединений. М: Мир, 440 с. — 1967 г.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. В 2 томах. М: Химия, 1973 г.