三氟化氯

三氟化氯是无机化合物 ，分子式为ClF₃。这种物质气态时为淡黄色，有毒，有强腐蚀性，液态时为黄绿色，一般将其压缩成液体销售。该物质主要的用途是火箭燃料，半导体行业中清洗和蚀刻，^[2][3] 核反应堆加工燃料，^[4] 以及一些其他用途。^[5]

三氟化氯
识别
CAS号	7790-91-2  Y
PubChem	24637
SMILES	FCl(F)F
InChI	InChI=1S/ClF3/c2-1(3)4
UN编号	1749
RTECS	FO2800000
性质
化学式	ClF3
摩尔质量	92.448 g·mol⁻¹
外观	淡黄色气体或液体
密度	1.77 g/cm3 (13 °C, 液态) 0.004 g/cm3 (气态)
熔点	−76.34 °C
沸点	11.75 °C
溶解性（水）	水解
黏度	9.182 x 10−5 Pa s
结构
分子构型	T形
热力学
ΔfHm⦵298K	−158.87 kJ/mol [1]
S⦵298K	281.59 J K−1 mol−1 [1]
危险性
MSDS	ICSC 0656
欧盟编号	没有记录
主要危害	毒性, 腐蚀性, 氧化性.
NFPA 704	0 4 3 OX
相关物质
相关化学品	五氟化氯 一氟化氯 三氟化溴
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

制备、结构和性质

拉夫（Ruff）和克鲁格（Krug）在1930年氟化氯气并报告发现了这种物质。这个反应也生成一氟化氯，可以通过蒸馏使其分离。^[6]

3 F₂ + Cl₂ → 2 ClF₃

ClF₃ 形状大致是T形, 有一个短键 (1.598 Å) 和两个长键 (1.698 Å).^[7] ，孤对电子占据两个赤道位置，与共价键一起形成一个三角双锥。这种结构与价层电子对互斥理论的预测一致。较长的Cl-F键与超价键一致.

ClF₃主要用来生产六氟化铀（UF₆），以及核燃料加工和后期处理，主要反应方程式:

U + 3 ClF₃ → UF₆ + 3 ClF

危害

ClF₃是一种很强的氧化剂、氟化剂。它能与大多数无机物、有机物甚至塑料反应，可以使许多材料不接触明火就燃烧。这些反应通常很剧烈，在某些情况下甚至会爆炸。它与一些金属反应生成氯化物和氟化物，与磷反应生成三氯化磷和五氟化磷，而与硫反应生成二氯化硫和四氟化硫。 ClF₃也与水剧烈反应，水解产生有毒物质，例如氟化氢。H₂S在室温下与ClF₃混合就会爆炸。

超过氧气的氧化性使ClF₃能腐蚀通常视为不可燃的含氧材料。它能点燃沙子、石棉、玻璃，甚至是在氧气中烧过的灰烬。在一起工业意外中，900千克ClF₃泄漏，烧穿了下面30厘米厚的混凝土和90厘米厚的砾石。^[8]任何和三氟化氯接触的设备必须经过仔细挑选和清洁, 因为任何污染都可以烧穿钝化膜，使它来不及重新生成。ClF₃引起的火势只能用氮气或氩气等稀有气体灭掉，且使该区域保持凉爽，直至反应结束。^[9]ClF₃会与水或二氧化碳反应，因此用它们灭火只会适得其反。^[10]

应用

军事应用

火箭推进剂

三氟化氯已经发展成火箭推进剂的高性能可储存氧化剂。然而一些处理上的问题使它受限，约翰·D·克拉克（英语：John Drury Clark）在其著作《Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants》^[11]中阐述了以下困难：

“

这种物质毒性自然极强，但这并不是最重要的问题，其与任何燃料相遇都会燃烧，而且这一过程发生速度是如此之快以致于测量不到点火延迟。它和衣服、木头、测试工程师们接触都会燃烧，一些常识中的不燃物质如石棉、砂子和水与三氟化氯接触也无一幸免，尤其和水反应会产生爆炸。它可以被存放在某些工程金属里——钢、铜、铝等，因为在界面处形成稳定氟化物薄膜隔离了金属和三氟化氯，就像铝表面那层不易被发觉的致密氧化铝，保护铝不至在空气中变成粉末。值得注意，当这层氟化物融化或被刮伤，且无法及时再次形成时，消防员就要面对一场金属——三氟化氯反应引发的火灾。对于应对这种事故，我一直以来都建议实验人员为自己准备一双好跑鞋。[11][12][13]

”

半导体工业

在半导体工业中，三氟化氯被用于清洁化学气相沉积的反应舱。^[14] 它具有不需拆卸反应舱就可以清除舱壁附着的半导体物质这一优点。^[14] 与其它代替的清洁剂不同，三氟化氯在使用前不需经过等离子体激化，因为反应舱残存的热量就足以使它分解并与半导体材料反应。^[14]

参考资料

1. NIST Chemistry Webbook
2. Hitoshi Habuka, Takahiro Sukenobu, Hideyuki Koda, Takashi Takeuchi, and Masahiko Aihara. Silicon Etch Rate Using Chlorine Trifluoride. Journal of the Electrochemical Society. 2004, 151 (11): G783–G787. doi:10.1149/1.1806391.
3. United States Patent 5849092 "Process for chlorine trifluoride chamber cleaning". [2010-10-03]. （原始内容存档于2007-09-26）.
4. Board on Environmental Studies and Toxicology, (BEST). Acute Exposure Guideline Levels for Selected Airborne Chemicals: Volume 5. Washington D.C.: National Academies Press. 2006: 40. ISBN 0-309-10358-4.
5. United States Patent 6034016 "Method for regenerating halogenated Lewis acid catalysts". [2010-10-03]. （原始内容存档于2007-09-26）.
6. Otto Ruff, H. Krug. Über ein neues Chlorfluorid-CIF₃. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1931, 190 (1): 602–608. doi:10.1002/zaac.19301900127.
7. Smith, D. F. The Microwave Spectrum and Structure of Chlorine Trifluoride. The Journal of Chemical Physics (AIP Publishing). 1953, 21 (4): 609–614. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1698976.
8. Air Products Safetygram. 存档副本 (PDF). [2014-02-16]. （原始内容 (PDF)存档于2006-03-18）.
9. Chlorine Trifluoride Handling Manual. Canoga Park, CA: Rocketdyne: 24. September 1961 [2012-09-19]. （原始内容存档于2013-04-08）.
10. Patnaik, Pradyot. A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances 3rd. Wiley-Interscience. 2007: 478. ISBN 978-0-471-71458-3.
11. Clark, John D. Ignition!. UMI Books on Demand. 2001. ISBN 0-8135-0725-1.
12. ClF3/Hydrazine 互联网档案馆的存档，存档日期2007-02-02. at the Encyclopedia Astronautica.
13. Clark, John D. Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. 1972: 214. ISBN 0813507251.
14. In Situ Cleaning of CVD Chambers. Semiconductor International. 1999-01-06.^{[永久失效链接]}