三氟化氯

三氟化氯是無機化合物 ，分子式為ClF₃。這種物質氣態時為淡黃色，有毒，有強腐蝕性，液態時為黃綠色，一般將其壓縮成液體銷售。該物質主要的用途是火箭燃料，半導體行業中清洗和蝕刻，^[2][3] 核反應堆加工燃料，^[4] 以及一些其他用途。^[5]

三氟化氯
識別
CAS號	7790-91-2  Y
PubChem	24637
SMILES	FCl(F)F
InChI	InChI=1S/ClF3/c2-1(3)4
UN編號	1749
RTECS	FO2800000
性質
化學式	ClF3
摩爾質量	92.448 g·mol⁻¹
外觀	淡黃色氣體或液體
密度	1.77 g/cm3 (13 °C, 液態) 0.004 g/cm3 (氣態)
熔點	−76.34 °C
沸點	11.75 °C
溶解性（水）	水解
黏度	9.182 x 10−5 Pa s
結構
分子構型	T形
熱力學
ΔfHm⦵298K	−158.87 kJ/mol [1]
S⦵298K	281.59 J K−1 mol−1 [1]
危險性
MSDS	ICSC 0656
歐盟編號	沒有記錄
主要危害	毒性, 腐蝕性, 氧化性.
NFPA 704	0 4 3 OX
相關物質
相關化學品	五氟化氯 一氟化氯 三氟化溴
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

製備、結構和性質

拉夫（Ruff）和克魯格（Krug）在1930年氟化氯氣並報告發現了這種物質。這個反應也生成一氟化氯，可以通過蒸餾使其分離。^[6]

3 F₂ + Cl₂ → 2 ClF₃

ClF₃ 形狀大致是T形, 有一個短鍵 (1.598 Å) 和兩個長鍵 (1.698 Å).^[7] ，孤對電子佔據兩個赤道位置，與共價鍵一起形成一個三角雙錐。這種結構與價層電子對互斥理論的預測一致。較長的Cl-F鍵與超價鍵一致.

ClF₃主要用來生產六氟化鈾（UF₆），以及核燃料加工和後期處理，主要反應方程式:

U + 3 ClF₃ → UF₆ + 3 ClF

危害

ClF₃是一種很強的氧化劑、氟化劑。它能與大多數無機物、有機物甚至塑料反應，可以使許多材料不接觸明火就燃燒。這些反應通常很劇烈，在某些情況下甚至會爆炸。它與一些金屬反應生成氯化物和氟化物，與磷反應生成三氯化磷和五氟化磷，而與硫反應生成二氯化硫和四氟化硫。 ClF₃也與水劇烈反應，水解產生有毒物質，例如氟化氫。H₂S在室溫下與ClF₃混合就會爆炸。

超過氧氣的氧化性使ClF₃能腐蝕通常視為不可燃的含氧材料。它能點燃沙子、石棉、玻璃，甚至是在氧氣中燒過的灰燼。在一起工業意外中，900千克ClF₃泄漏，燒穿了下面30厘米厚的混凝土和90厘米厚的礫石。^[8]任何和三氟化氯接觸的設備必須經過仔細挑選和清潔, 因為任何污染都可以燒穿鈍化膜，使它來不及重新生成。ClF₃引起的火勢只能用氮氣或氬氣等稀有氣體滅掉，且使該區域保持涼爽，直至反應結束。^[9]ClF₃會與水或二氧化碳反應，因此用它們滅火只會適得其反。^[10]

應用

軍事應用

火箭推進劑

三氟化氯已經發展成火箭推進劑的高性能可儲存氧化劑。然而一些處理上的問題使它受限，約翰·D·克拉克（英語：John Drury Clark）在其著作《Ignition!: An informal history of liquid rocket propellants》^[11]中闡述了以下困難：

“

這種物質毒性自然極強，但這並不是最重要的問題，其與任何燃料相遇都會燃燒，而且這一過程發生速度是如此之快以致於測量不到點火延遲。它和衣服、木頭、測試工程師們接觸都會燃燒，一些常識中的不燃物質如石棉、砂子和水與三氟化氯接觸也無一倖免，尤其和水反應會產生爆炸。它可以被存放在某些工程金屬裏——鋼、銅、鋁等，因為在界面處形成穩定氟化物薄膜隔離了金屬和三氟化氯，就像鋁表面那層不易被發覺的緻密氧化鋁，保護鋁不至在空氣中變成粉末。值得注意，當這層氟化物融化或被刮傷，且無法及時再次形成時，消防員就要面對一場金屬——三氟化氯反應引發的火災。對於應對這種事故，我一直以來都建議實驗人員為自己準備一雙好跑鞋。[11][12][13]

”

半導體工業

在半導體工業中，三氟化氯被用於清潔化學氣相沉積的反應艙。^[14] 它具有不需拆卸反應艙就可以清除艙壁附着的半導體物質這一優點。^[14] 與其它代替的清潔劑不同，三氟化氯在使用前不需經過等離子體激化，因為反應艙殘存的熱量就足以使它分解並與半導體材料反應。^[14]

參考資料

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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容 (PDF)存檔於2006-03-18）.
9. Chlorine Trifluoride Handling Manual. Canoga Park, CA: Rocketdyne: 24. September 1961 [2012-09-19]. （原始內容存檔於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 互聯網檔案館的存檔，存檔日期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.^{[永久失效連結]}