Фторид кислорода(II)

Фторид кислорода(II)
Фторид кислорода(II)
	;
Общие
Систематическое; наименование	Фторид кислорода(II)
Рац. формула	OF2
Физические свойства
Состояние	бледно-жёлтый газ
Молярная масса	54 г/моль
Плотность	1,59 г/см³
Термические свойства
	Температура
• плавления	-224 °C
• кипения	-145 °C
• разложения	выше 200 °C
Критическая точка	-58 °C, 49 атм
	Энтальпия
• образования	-25,2 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	7783-41-7
Безопасность
ЛД50	LC50: 1-2 мг/м3*1 час (крысы, ингаляция)
Токсичность	Чрезвычайно ядовит, СДЯВ
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 4 3 OX
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Фторид кислорода(II), дифторид кислорода, O F₂. При нормальных условиях представляет собой бесцветный ядовитый газ, конденсирующийся при охлаждении в светло-жёлтую (в толстых слоях золотисто-жёлтую) жидкость. Фторид кислорода(II) имеет раздражающий запах, несколько отличающийся от запаха фтора (смесь запаха хлорной извести и озона).

Открытие

Дифторид кислорода был открыт впервые в 1929 году Полем Лебо и Августином Дамьеном, а спустя некоторое время подробно изучен Руффом и Менцелем.

Систематическое название

В литературе иногда это соединение называют оксидом фтора (F₂O). Однако это неверно, так как атом фтора более электроотрицателен, чем кислород, и по правилам IUPAC это соединение должно называться именно фторидом кислорода (OF₂). Хотя общая электронная пара практически не смещается от атома кислорода в сторону атома фтора.

Физические свойства

Жидкий фторид кислорода неограниченно смешивается с жидкими озоном, фтором, кислородом. Плохо растворяется в холодной воде (примерно 7:100 по объёму). При этом достаточно хорошо растворяет воздух.

Молекула обладает слабым дипольным моментом, равным 0,3 Д.

Получение

Получение фторида кислорода(II) до сих пор проводят по так называемому «щелочному» способу пропусканием газообразного фтора в 2 % (0,5 н.) водный раствор гидроксида натрия (NaOH). Помимо фторида кислорода(II) параллельно образуются пероксид водорода и озон:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2F_2 + 2NaOH \rightarrow OF_2\uparrow + 2NaF + H_2O} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{24F_2 + 18NaOH \rightarrow 9OF_2\uparrow + 12HF + 18NaF + 3H_2O_2+ O_3\uparrow} }[/math]

Возможно также получение фторида кислорода(II) электролизом водного раствора HF.
При горении воды в атмосфере фтора также частично образуется дифторид кислорода и пероксид водорода. Это происходит за счёт протекания радикальных реакций:

[math]\displaystyle{ \mathsf{F_2 + H_2O \rightarrow 2HF\uparrow + O:} }[/math] — инициация свободных радикалов с образованием бирадикала O:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2O: \rightarrow O_2} }[/math] — доминирующий процесс

[math]\displaystyle{ \mathsf{O: + H_2O \rightarrow H_2O_2} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{O: + F_2 \rightarrow OF_2\uparrow} }[/math]

Чтобы получить чистый фторид кислорода взаимодействием воды со фтором, то нужно проводить эту реакцию при -40°C. Реакция идёт по радикально-цепному механизму:

[math]\displaystyle{ \mathsf{H_2O + 2F_2\xrightarrow{-40^oC}\ OF_2\uparrow + 2HF} }[/math]

Взаимодействие кислорода со фтором под действием ультрафиолета или электрического разряда. Кислород даже под действием ультрафиолета разлагается на свободные радикалы:

[math]\displaystyle{ \mathsf{O_2 + 2F_2 \xrightarrow{UV}\ 2OF_2\uparrow} }[/math]

Химические свойства

Дифторид кислорода — весьма энергичный окислитель, и в этом отношении напоминает по силе свободный фтор, а по механизму окисления — озон, но реакции с участием фторида кислорода(II) требуют более высокой энергии активации, так как на первой стадии происходит образование атомарного кислорода (как и у озона). Термическое разложение фторида кислорода(II) представляет собой мономолекулярную реакцию с энергией активации 41 ккал/моль и начинается только при температуре выше 200 °C.

При растворении в горячей воде подвергается гидролизу. При этом образуется фтороводород и обычный кислород. В щелочной среде разложение протекает достаточно быстро.

Смесь паров дифторида кислорода и воды взрывоопасна:

[math]\displaystyle{ \mathsf{OF_2 + H_2O \rightarrow 2HF\uparrow + O_2\uparrow} }[/math]

Фторид кислорода(II) не действует на сухое стекло и кварц, но действует (интенсивно) на металлическую ртуть, что исключает применение ртути в приборах с фторидом кислорода(II). На смазку для газовых кранов фторид кислорода(II) действует очень медленно.

Взаимодействие с металлами

На меди, платине, золоте, серебре фторид кислорода(II) образует лишь тончайшие защитные плёнки фторидов, что позволяет использовать эти металлы в контакте с фторидом кислорода(II) при комнатной температуре. При повышении температур до 250°C происходит дальнейшее окисление металлов. Наиболее подходящими металлами для работы с дифторидом кислорода являются алюминий и магний. Нержавеющие стали, никель, монель-металл, магниевомедный сплав (92/8), латунь и медь также мало изменяются в весе при воздействии фторида кислорода(II) в течение 1-1,5 недели при 100 °C.

Применение

Благодаря высокой энергии активации разложения фторида кислорода(II), это соединение можно сравнительно безопасно смешивать с многими углеводородами, водородом, моноокисью углерода и прочими веществами, что чрезвычайно важно в практическом плане использования фторида кислорода(II) в качестве высокоэффективного окислителя ракетного топлива. Так как фторид кислорода(II) не взрывается при смешивании с горючими материалами и при нагревании (сам по себе) то его применение вполне безопасно.

Имели значительный успех опыты применения фторида кислорода(II) в газодинамических химических лазерах. Имея лучшие показатели, нежели фтор, фторид кислорода(II) способен занять достойное место в качестве компонента для боевого лазерного оружия высокой мощности^{[источник не указан 3727 дней]}.

Токсичность

Фторид кислорода(II) OF₂ (дифторид кислорода) чрезвычайно токсичен (степень токсичности сопоставима с таковой фосгена COCl₂), гораздо более ядовит, чем элементарный фтор, так как вызывает сильнейшее раздражение тканей организма, очень глубоко проникает и растворяется в них (глубже чем фтор), затрудняет дыхание. По токсикологии NFPA 704 ему присвоена высшая токсичность. Класс токсичности – 1.

Смертельная доза (LC50) - 1-2 мг/м3*1 час (даже меньше, чем у синильной кислоты).

Дифторид кислорода опасен для окружающей среды.

Упоминания в литературе

В фантастической новелле Роберта Л. Форварда «Камелот 30К», дифторид кислорода был использован как биохимический растворитель для живых форм, живущих в поясе Койпера Солнечной системы. Хотя при 30 К фторид кислорода будет твердым, вымышленные инопланетные организмы являются эндотермическими и благодаря радиотермическому нагреву могут использовать жидкий фторид кислорода в качестве крови.

См. также

Примечания

Литература

С.Сарнер. Химия ракетных топлив. изд «Мир», Москва, 1969.г.
Schmidt E. W.,Harper J. T., Handling and Use of Fluoride and Fluorine-Oxygen Mixtures in Rocket Systems, Lewis Research Center, NASA SP-3037, Cleveland, Ohio, 1967.