Пентафторид азота
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Пентафторид азота | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| НФ 5 | |
| Молярная масса | 108,999 г·моль −1 |
| Структура | |
| тригонально-бипирамидальный | |
| 0 Д | |
| Родственные соединения | |
Другие катионы | Пентафторид фосфора Пентафторид мышьяка Пентафторид сурьмы Пентафторид висмута |
Родственные соединения | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Пентафторид азота — это теоретическое соединение азота и фтора с химической формулой N F 5 . Предполагается, что он существует на основе существования пентафторидов атомов , расположенных ниже азота в периодической таблице, таких как пентафторид фосфора . Теоретические модели молекулы пентафторида азота представляют собой либо тригональную бипирамидальную ковалентно связанную молекулу с группой симметрии D 3h , либо [NF 4 ] + F − (фторид тетрафтораммония), который был бы ионным твердым веществом.
Ионное твердое тело
Известно множество других солей тетрафтораммония ( [NF 4 ] + X − ), а также фторидные соли других катионов аммония ( [NR 4 ] + F − ).
В 1966 году В. Э. Толберг впервые синтезировал пятивалентное азотное соединение азота и фтора, когда были получены тетрафтораммониевые соединения, тетрафтораммоний гексафторантимонат(V) [NF 4 ] + [SbF 6 ] − и тетрафтораммоний гексафторарсенат(V) [NF 4 ] + [AsF 6 ] − . [2] В 1971 году К. Т. Гётшель объявил о получении [NF 4 ] + [BF 4 ] − , а также получил белое твердое вещество, предположительно являющееся фторидом тетрафтораммония ( [NF 4 ] + F − ). Это было получено путем обработки трифторида азота и фтора электронным излучением с энергией 3 МэВ при температуре 77 К. Он разлагался выше 143 К обратно на эти ингредиенты. [2] Теоретические исследования также показывают, что ионное соединение с большой вероятностью разлагается на трифторид азота и газообразный фтор . [3]
Карл О. Кристе синтезировал бис(тетрафтораммоний)гексафторникелат(IV) ([NF 4 ] + ) 2 [NiF 6 ] 2− . [4] Он также приготовил соединения с марганцем, фторуранат, перхлорат тетрафтораммония [NF 4 ] + ClO−4, фторсульфат тетрафтораммония [NF 4 ] + SO 3 F − и соли [N 2 F 3 ] + (трифтордиазениум). [5] Кристе попытался получить [NF 4 ] + F − путем метатезиса [NF 4 ] + [ SbF 6 ] − с CsF в растворителе HF при 20 °C. Однако был получен вариант, гидрофтораты бифторида тетрафтораммония ( [NF 4 ] + [HF 2 ] − · n HF ). При комнатной температуре это была молочная жидкость, но при охлаждении она становилась пастообразной. При -45 °C она имела форму белого твердого вещества. При повторном нагревании она вспенивалась, выделяя F 2 , HF и NF 3 в виде газов . [5] Это имеет номер CAS 71485-49-9. [6]
И. Дж. Соломон считал, что пентафторид азота образуется в результате термического разложения [NF 4 ] + [AsF 6 ] − , но экспериментальные результаты не были воспроизведены. [7]
Доминик Куржидловски и Патрик Залески-Эйгерд предсказывают, что смесь фтора и трифторида азота под давлением от 10 до 33 ГПа образует [NF 4 ] + F − с пространственной группой R3m . Это окисление под высоким давлением. Выше 33 ГПа оно образует стабильное ионное соединение с формулой ([NF 4 ] + ) 2 [NF 6 ] − F − (бис(тетрафтораммоний) гексафторонитрат(V) фторид) с пространственной группой I4/m . Выше 151 ГПа оно, как предсказывают, преобразуется в [NF 4 ] + [NF 6 ] − ( тетрафтораммоний гексафторонитрат(V)) с пространственной группой P4/n . [8] Молекулярное соединение NF 5 не стабильно ни при каком давлении.
- [NF 4 ] + F − R3m структура
- ([NF 4 ] + ) 2 [NF 6 ] − F − I4/m структура
- [NF 4 ] + [NF 6 ] − P4/n структура
![[NF4]+F− Структура R3m](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1f/NF4F.jpg/1280px-NF4F.jpg)
![([NF4]+)2[NF6]−F− I4/m структура](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0c/NF4-2NF6F.jpg/1280px-NF4-2NF6F.jpg)
![[NF4]+[NF6]− Структура P4/n](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0e/NF4NF6.jpg/1280px-NF4NF6.jpg)
Ковалентная молекула
Для образования молекулы NF 5 необходимо расположить пять атомов фтора вокруг атома азота. При типичных длинах ковалентных связей азот-фтор для этого недостаточно места, поэтому по крайней мере некоторые связи вынуждены быть длиннее. Расчеты показывают, что фрагментация с образованием радикалов NF 4 и F будет иметь барьер переходного состояния около 66–84 кДж/моль (15,8–20,0 ккал/моль) и что этот процесс термодинамически выгоден ( экзотермичен ) на 38 кДж/моль (9 ккал/моль). [9] Пентафторид азота также нарушает правило октета , в котором соединения с восемью электронами внешней оболочки особенно стабильны. [10]
Ссылки
- ^ Ягер, Сюзанна; фон Жуанн, Йорн; Келлер-Рудек, Ханнелор; и др. (1986). F Фтор: соединения с кислородом и азотом. Гмелин Справочник по неорганической химии. Том. 4. Берлин: Шпрингер. п. 163. дои : 10.1007/978-3-662-06339-2. ISBN 978-3-662-06341-5. Получено 29 августа 2015 г.
- ^ ab Goetschel, CT; VA Campanile; RM Curtis; и др. (июль 1972 г.). «Получение и свойства тетрафторбората перфтораммония, [NF 4 ] + [BF 4 ] − , и возможный синтез пентафторида азота». Неорганическая химия . 11 (7): 1696–1701. doi :10.1021/ic50113a051.
- ^ Christe, Karl O.; William W. Wilson (декабрь 1992 г.). «Пентафторид азота: ковалентный NF 5 по сравнению с ионным NF 4 + F − и исследования нестабильности последнего». Журнал Американского химического общества . 114 (25): 9934–9936. doi :10.1021/ja00051a027.
- ^ Christe, Karl O. (сентябрь 1977 г.). «Синтез и характеристика бис(тетрафтораммоний)гексафторникелата». Неорганическая химия . 16 (9): 2238–2241. doi :10.1021/ic50175a017.
- ^ ab Christe, Karl O. (23 мая 1980 г.). "Исследования солей NF4+" (PDF) . Rockwell. Архивировано (PDF) из оригинала 27 декабря 2015 г. . Получено 23 февраля 2012 г. .
- ^ Тетрафтораммонийбифторид
- ^ Christe, Karl O.; William W. Wilson; Gary J. Schrobilgen; et al. (март 1998). «О существовании пентакоординированного азота». Неорганическая химия . 27 (5): 789–790. doi :10.1021/ic00278a009.
- ^ Куржидловски, Доминик; Залески-Эйгерд, Патрик (3 ноября 2016 г.). «Гексакоординированный азот(V), стабилизированный высоким давлением». Scientific Reports . 6 : 36049. Bibcode :2016NatSR...636049K. doi :10.1038/srep36049. PMC 5093683 . PMID 27808104.
- ^ Хольгер Ф. Беттингер; Пол против Р. Шлейера; Генри Ф. Шефер III (27 октября 1998 г.). «НФ 5 — жизнеспособен или нет?». Журнал Американского химического общества . 120 (44): 11439–11448. дои : 10.1021/ja9813921.
- ^ Lewars, Errol G. (3 ноября 2008 г.). «Пентафторид азота и родственные соединения». Чудеса моделирования: вычислительное предвосхищение новых молекул . Springer. стр. 53–67. doi :10.1007/978-1-4020-6973-4_4. ISBN 978-1-4020-6972-7.
