El trifluoruro de cloro es un compuesto interhalógeno con la fórmula ClF 3 . Es un gas incoloro, venenoso, corrosivo y extremadamente reactivo que se condensa en un líquido amarillo verdoso pálido, la forma en la que se vende con mayor frecuencia (presurizado a temperatura ambiente). Es famoso por sus propiedades de oxidación extrema. El compuesto es de interés principalmente en operaciones de limpieza y grabado sin plasma en la industria de semiconductores , [8] [9] en el procesamiento de combustible de reactores nucleares , [10] históricamente como componente en combustibles para cohetes y varias otras operaciones industriales debido a su naturaleza corrosiva. . [11]
Fue reportado por primera vez en 1930 por Ruff y Krug, quienes lo prepararon mediante fluoración de cloro ; esto también produjo monofluoruro de cloro (ClF) y la mezcla se separó por destilación . [12]
Anualmente se producen varios cientos de toneladas. [13]
La geometría molecular del ClF 3 tiene aproximadamente forma de T , con un enlace corto (1,598 Å ) y dos enlaces largos (1,698 Å). [14] Esta estructura concuerda con la predicción de la teoría VSEPR , que predice que pares solitarios de electrones ocupan dos posiciones ecuatoriales de una hipotética bipirámide trigonal . Los enlaces axiales Cl-F alargados son consistentes con enlaces hipervalentes .
ClF 3 también reacciona explosivamente con agua para dar fluoruro de hidrógeno y cloruro de hidrógeno , junto con oxígeno y difluoruro de oxígeno ( OF 2 ): [15]
Al calentarse, se descompone: [13]
Reacciones con muchos metales e incluso óxidos metálicos para dar fluoruros : [15]
ClF 3 se utiliza para producir hexafluoruro de uranio :
Con fósforo , se produce tricloruro de fósforo ( PCl 3 ) y pentafluoruro de fósforo ( PF 5 ), mientras que con azufre se obtiene dicloruro de azufre ( SCl 2 ) y tetrafluoruro de azufre ( SF 4 ).
Reacciona con fluoruro de cesio para dar una sal que contiene el anión F(ClF 3 ).−3. [dieciséis]
En la industria de los semiconductores , el trifluoruro de cloro se utiliza para limpiar las cámaras de deposición química de vapor . Se puede utilizar para eliminar material semiconductor de las paredes de la cámara sin necesidad de desmontar la cámara. A diferencia de la mayoría de los productos químicos alternativos utilizados en esta función, no es necesario activarlo mediante el uso de plasma , ya que el calor de la cámara es suficiente para descomponerlo y reaccionar con el material semiconductor.
ClF 3 se utiliza para la fluoración de una variedad de compuestos. [13]
Se ha investigado el trifluoruro de cloro como oxidante almacenable de alto rendimiento en sistemas propulsores de cohetes . Sin embargo, las preocupaciones sobre el manejo limitan gravemente su uso. El siguiente pasaje del científico espacial John D. Clark se cita ampliamente en las descripciones de la naturaleza extremadamente peligrosa de la sustancia:
Es, por supuesto, extremadamente tóxico, pero ese es el menor de los problemas. Es hipergólico con todos los combustibles conocidos, y tan rápidamente hipergólico que nunca se ha medido ningún retraso en la ignición. También es hipergólico con cosas como la tela , la madera y los ingenieros de pruebas , sin mencionar el asbesto , la arena y el agua , con los que reacciona explosivamente. Puede conservarse en algunos de los metales estructurales ordinarios (acero, cobre, aluminio, etc.) debido a la formación de una fina película de fluoruro metálico insoluble que protege la mayor parte del metal, al igual que la capa invisible de óxido sobre el aluminio. evita que se queme en la atmósfera. Sin embargo, si esta capa se derrite o se frota y no tiene posibilidad de volverse a formar, el operador se enfrenta al problema de hacer frente a un incendio de metal-flúor. Para afrontar esta situación siempre he recomendado un buen par de zapatillas para correr . [17]
También se ha investigado el pentafluoruro de cloro (ClF 5 ) como posible oxidante de cohetes. Ofrecía un impulso específico mejorado respecto al trifluoruro de cloro, pero con las mismas dificultades de manipulación. Ninguno de los compuestos se ha utilizado en ningún sistema operativo de propulsión de cohetes.
Poco antes del inicio de la Segunda Guerra Mundial , el Instituto Kaiser Wilhelm de la Alemania nazi investigó el trifluoruro de cloro con el nombre en clave N-Stoff ("sustancia N") para aplicaciones militares . Se realizaron pruebas con maquetas de las fortificaciones de la Línea Maginot y se descubrió que era un arma incendiaria y gas venenoso extremadamente eficaz . A partir de 1938, se inició la construcción de una fábrica de municiones de 14.000 m2 (150.000 pies cuadrados), en parte con refugio y en parte subterránea , el complejo industrial de Falkenhagen , que debía producir 90 toneladas de N-Stoff al mes, además de sarín (un elemento nervioso mortal). agente ). Sin embargo, cuando fue capturada por el avance del Ejército Rojo en 1945, la fábrica había producido sólo entre 30 y 50 toneladas, a un costo de más de 100 Reichsmarks alemanes por kilogramo. un N-Stoff nunca se utilizó en la guerra. [18] [19]
ClF 3 es un oxidante muy fuerte . Es extremadamente reactivo con la mayoría de los materiales inorgánicos y orgánicos y quemará muchos materiales que de otro modo no serían inflamables sin ninguna fuente de ignición . Estas reacciones suelen ser violentas y en algunos casos explosivas . El acero , el cobre y el níquel no se consumen porque se formará una capa de pasivación de fluoruro metálico que evita una mayor corrosión, pero el molibdeno , el tungsteno y el titanio no son adecuados porque sus fluoruros son volátiles. ClF 3 corroerá rápidamente incluso metales nobles como iridio, platino u oro, oxidándolos a cloruros y fluoruros.
Este poder oxidante , que supera al del oxígeno, hace que el ClF 3 reaccione vigorosamente con muchos otros materiales que a menudo se consideran incombustibles y refractarios. Enciende arena, amianto , vidrio e incluso cenizas de sustancias que ya se han quemado en oxígeno. En un accidente industrial concreto, un derrame de 900 kg de ClF 3 quemó 30 cm de hormigón y 90 cm de grava debajo. [20] [17] Existe exactamente un método conocido de control/supresión de incendios capaz de hacer frente al ClF 3 - el fuego con nitrógeno o gases nobles como el argón . Salvo eso, el área simplemente debe mantenerse fresca hasta que cese la reacción. [21] El compuesto reacciona con supresores a base de agua y CO 2 , volviéndolos contraproducentes. [22]
La exposición a grandes cantidades de ClF 3 , en forma líquida o gaseosa, enciende el tejido vivo y provoca graves quemaduras químicas y térmicas. El ClF 3 reacciona violentamente con el agua y la exposición a la reacción también provoca quemaduras. Los productos de la hidrólisis son principalmente ácido fluorhídrico y ácido clorhídrico , que normalmente se liberan en forma de vapor o vapor debido a la naturaleza altamente exotérmica de la reacción.
^a Utilizando datos de Economic History Services [23] y The Inflation Calculator [24], se puede calcular que la suma de 100 Reichsmarks en 1941 equivale aproximadamente a 4.652,50 dólares estadounidenses en 2021. Los valores del tipo de cambio del Reichsmark de 1942 a 1944 son fragmentarios.
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