Nitrogen trifluorid - Nitrogen trifluoride

Nitrogen trifluorid

Navne
IUPAC navn Nitrogen trifluorid
Andre navne Nitrogenfluorid Trifluoramin Trifluorammonia
Identifikatorer
CAS -nummer
3D -model ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard	100.029.097
EF -nummer
Gmelin Reference	1551
PubChem CID
RTECS nummer
UNII
FN -nummer	2451
CompTox Dashboard ( EPA )
InChI InChI = 1S/F3N/c1-4 (2) 3 Y Nøgle: GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N Y InChI = 1/F3N/c1-4 (2) 3 Nøgle: GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYAA
SMIL FN (F) F
Ejendomme
Kemisk formel	NF 3
Molar masse	71,00 g/mol
Udseende	farveløs gas
Lugt	muggen
Massefylde	3.003 kg/m 3 (1 atm, 15 ° C) 1.885 g/cm 3 (væske ved bp)
Smeltepunkt	−207,15 ° C (−340,87 ° F; 66,00 K)
Kogepunkt	−129,06 ° C (−200,31 ° F; 144,09 K)
Opløselighed i vand	0,021 g/100 ml
Damptryk	44,0 atm (-38,5 ° F eller -39,2 ° C eller 234,0 K)
Brydningsindeks ( n D )	1.0004
Struktur
Molekylær form	trigonal pyramideformet
Dipol øjeblik	0,234 D
Termokemi
Varmekapacitet ( C )	53,26 J/(mol · K)
Std molar entropi ( S o 298 )	260,3 J/(mol · K)
Std dannelsesentalpi (Δ f H ⦵ 298 )	−31,4 kJ/mol −109 kJ/mol
Gibbs fri energi (Δ f G ˚)	−84,4 kJ/mol
Farer
Sikkerhedsdatablad	AirLiquide
NFPA 704 (brand diamant)	1 0 0 OKSE
Flammepunkt	Ikke-brændbar
Dødelig dosis eller koncentration (LD, LC):
LC 50 ( median koncentration )	2000 ppm (mus, 4  timer ) 9600 ppm (hund, 1 time) 7500 ppm (abe, 1 time) 6700 ppm (rotte, 1 time) 7500 ppm (mus, 1 time)
NIOSH (amerikanske sundhedsmæssige eksponeringsgrænser):
PEL (tilladt)	TWA 10 ppm (29 mg/m 3 )
REL (anbefalet)	TWA 10 ppm (29 mg/m 3 )
IDLH (Umiddelbar fare)	1000 ppm
Relaterede forbindelser
Andre anioner	nitrogentrichlorid nitrogentribromid nitrogentriiodid ammoniak
Andre kationer	fosfortrifluorid arsen trifluorid antimon trifluorid vismut trifluorid
Relaterede binære fluorazaner	tetrafluorhydrazin
Relaterede forbindelser	dinitrogen difluorid
Medmindre andet er angivet, angives data for materialer i deres standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Y kontrollere  ( hvad er   ?) YN
Infobox -referencer

Nitrogen trifluorid ( NF
₃) er en uorganisk , farveløs, ikke- brandfarlig , giftig gas med en let muggen lugt. Det finder stigende brug inden for fremstilling af fladskærme , fotovoltaik , lysdioder og anden mikroelektronik . Nitrogen trifluorid er også en ekstremt stærk og lang levetid drivhusgas . Dens atmosfæriske byrde oversteg 2 dele pr. Billion i løbet af 2019 og er fordoblet hvert femte år siden slutningen af ​​det 20. århundrede.

Syntese og reaktivitet

Nitrogen trifluorid fandtes ikke i betydelige mængder på Jorden før dets syntese af mennesker. Det er et sjældent eksempel på et binært fluorid, der kun kan fremstilles direkte fra elementerne under meget usædvanlige forhold, såsom en elektrisk udladning. Efter første forsøg på syntesen i 1903 fremstillede Otto Ruff nitrogentrifluorid ved elektrolyse af en smeltet blanding af ammoniumfluorid og hydrogenfluorid . Det viste sig at være langt mindre reaktivt end de andre nitrogentrihalider nitrogentrichlorid , nitrogentribromid og nitrogentriiodid , som alle er eksplosive. Alene blandt nitrogentrihalogeniderne har en negativ dannelsesenthalpi. Det fremstilles i moderne tid både ved direkte reaktion af ammoniak og fluor og ved en variation af Ruffs metode. Den leveres i cylindre under tryk.

NF
₃er let opløseligt i vand uden at undergå kemisk reaktion. Det er nonbasic med et lavt dipolmoment på 0,2340 D. Derimod er ammoniak basisk og stærkt polært (1,47 D). Denne forskel opstår fra fluoratomerne, der fungerer som elektronudtrækkende grupper, og tiltrækker i det væsentlige alle de ensomme elektroner på nitrogenatomet. NF ₃ er en kraftig, men alligevel træg oxidationsmiddel.

Det oxiderer hydrogenchlorid til chlor:

2 NF ₃ + 6 HCl → 6 HF + N ₂ + 3 Cl ₂

Det er kompatibelt med stål og Monel , samt flere plastmaterialer. Det omdannes til tetrafluorhydrazin ved kontakt med metaller, men kun ved høje temperaturer:

2 NF ₃ + Cu → N ₂ F ₄ + CuF ₂

NF ₃ reagerer med fluor og antimonpentafluorid for at give tetrafluorammoniumsaltet :

NF ₃ + F ₂ + SbF ₅ → NF⁺
₄SbF^-
₆

Ansøgninger

Nitrogen trifluorid bruges primært til at fjerne silicium og siliciumforbindelser under fremstilling af halvlederanordninger såsom LCD-skærme , nogle tyndfilm solceller og anden mikroelektronik. I disse applikationer NF
₃nedbrydes i første omgang i et plasma . De resulterende fluor- radikaler er de aktive midler, der angriber polysilicium , siliciumnitrid og silicium oxid . De kan også bruges til at fjerne wolframsilicid , wolfram og visse andre metaller. Ud over at tjene som etser i fremstilling af apparater har NF
₃bruges også i vid udstrækning til rengøring af PECVD -kamre.

NF
₃ dissocierer lettere inden for en lavtryksudledning i sammenligning med perfluorerede forbindelser (PFC'er) og svovlhexafluorid ( SF
₆). Den større overflod af negativt ladede frie radikaler, der således genereres, kan give højere siliciumfjerningshastigheder og give andre procesfordele, såsom mindre restkontaminering og en lavere nettoladningsspænding på den enhed, der fremstilles. Som et noget mere grundigt forbrugt ætsnings- og rengøringsmiddel er NF ₃ også blevet fremmet som en miljø foretrukken erstatning for SF
₆eller PFC'er, såsom hexafluorethan .

Udnyttelseseffektiviteten af ​​de kemikalier, der anvendes i plasmaprocesser, varierer meget mellem udstyr og applikationer. En betydelig brøkdel af reaktanterne spildes i udstødningsstrømmen og kan i sidste ende udsendes til Jordens atmosfære. Moderne reduktionssystemer kan reducere atmosfæriske emissioner betydeligt. NF
₃ikke har været underlagt væsentlige anvendelsesrestriktioner. Den årlige rapportering af NF
₃produktion, forbrug og affaldsemissioner fra store producenter har været påkrævet i mange industrialiserede lande som et svar på den observerede atmosfæriske vækst og den internationale Kyoto -protokol .

Meget giftig fluorgas (F ₂ , diatomisk fluor ) er en klimaneutral erstatning for nitrogentrifluorid i nogle fremstillingsapplikationer. Det kræver strengere håndtering og sikkerhedsforanstaltninger, især for at beskytte fremstillingspersonale.

Nitrogen trifluorid bruges også i hydrogenfluorid- og deuteriumfluoridlasere , som er typer af kemiske lasere . Der foretrækkes det også at fluorgas på grund af dets mere bekvemme håndteringsegenskaber

Drivhusgas

Vækst i atmosfærisk koncentration af NF ₃ siden 1990'erne er vist i højre graf sammen med en delmængde af lignende menneskeskabte gasser. Bemærk logskalaen.

NF
₃er en drivhusgas med et globalt opvarmningspotentiale (GWP) 17.200 gange større end CO
₂sammenlignet over en 100-årig periode. Dens GWP placerer den kun på andenpladsen efter SF
₆i gruppen af Kyoto-anerkendte drivhusgasser og NF
₃blev inkluderet i denne gruppering med virkning fra 2013 og begyndelsen på den anden forpligtelsesperiode i Kyoto -protokollen. Den har en anslået atmosfærisk levetid på 740 år, selvom andet arbejde tyder på en lidt kortere levetid på 550 år (og en tilsvarende GWP på 16.800).

Selvom NF
₃har en høj GWP, har det i lang tid været antaget, at dens strålende tvang i Jordens atmosfære er lille, forfalsket formodes det, at kun små mængder frigives til atmosfæren. Industrielle anvendelser af NF
₃rutinemæssigt nedbryde det, mens det tidligere har brugt regulerede forbindelser som SF tidligere
₆og PFC'er blev ofte frigivet. Forskning har sat spørgsmålstegn ved de tidligere antagelser. Applikationer i stor mængde, såsom produktion af DRAM- computerhukommelse, fremstilling af fladskærme og stor produktion af tyndfilmssolceller anvender NF
₃.

Nitrogentrifluoridkoncentration på flere breddegrader siden 2015.

Siden 1992, hvor der blev produceret mindre end 100 tons, er produktionen vokset til anslået 4000 tons i 2007 og forventes at stige betydeligt. Verdensproduktionen af ​​NF ₃ forventes at nå 8000 tons om året inden 2010. Langt verdens største producent af NF
₃er den amerikanske industrigas og kemiske virksomhed Air Products & Chemicals . Anslået 2% af produceret NF
₃frigives til atmosfæren. Robson forudsagde, at den maksimale atmosfæriske koncentration er mindre end 0,16 dele pr. Billion (ppt) i volumen, hvilket vil give mindre end 0,001 Wm ⁻² IR -tvang. Den gennemsnitlige globale troposfæren koncentration af NF ₃ er steget fra ca. 0,02 ppt (parts per billion, tør luft molfraktion) i 1980, til 0,86 ppt i 2011, med en stigningstakt på 0,095 ppt yr ^-1 , eller ca. 11% pr år og en interhemisfærisk gradient, der er i overensstemmelse med emissioner, der forekommer overvældende på den nordlige halvkugle, som forventet. Denne stigningshastighed i 2011 svarer til cirka 1200 tons/år NF ₃ -emissioner globalt eller cirka 10% af NF ₃ -globale produktionsestimater. Dette er en betydeligt højere procentdel end det, der er skønnet af industrien, og styrker dermed sagen til opgørelse af NF ₃ -produktion og til regulering af dens emissioner. En undersøgelse, der er medforfatter af branchens repræsentanter, tyder på, at NF _3- emissionernes bidrag til det overordnede drivhusgasbudget for tyndfilms Si-solcellefremstilling er klart.

Den UNFCCC , inden for rammerne af Kyoto-protokollen, besluttet at medtage kvælstof fluorid i den anden Kyoto-protokollens overholdelse periode, som begynder i 2012 og ender i enten 2017 eller 2020. Efter kulør, er WBCSD / WRI GHG Protokollen om ændring al sin standarder (virksomhed, produkt og anvendelsesområde 3) til også at dække NF ₃ .

Sikkerhed

Hudkontakt med NF
₃er ikke farlig, og det er en relativt mindre irritation for slimhinder og øjne. Det er en lungirriterende med en toksicitet, der er betydeligt lavere end nitrogenoxider , og overeksponering via inhalation forårsager omdannelse af hæmoglobin i blod til methemoglobin , hvilket kan føre til tilstanden methemoglobinæmi . Det nationale institut for Occupational Safety and Health (NIOSH) angiver, at den koncentration, der er umiddelbart farlig for liv eller helbred (IDLH værdi) er 1.000 ppm.

Se også

• IPCC -liste over drivhusgasser
• Kvælstofpentafluorid
• Tetrafluorhydrazin

Noter

Referencer

eksterne links

• National Pollutant Inventory - Fluor og forbindelser faktablad på Wayback Machine (arkiveret 22. december 2003)
• NF ₃ Code of Practice (European Industrial Gas Association)]
• Webbogsside til NF ₃
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards