El trifluoruro de cloro es un compuesto interhalogenado con la fórmula ClF 3 . Es un gas incoloro, venenoso, corrosivo y extremadamente reactivo que se condensa en un líquido de color amarillo verdoso pálido, la forma en la que se vende con mayor frecuencia (presurizado a temperatura ambiente). Es famoso por sus propiedades de oxidación extremas. 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]
Se producen varios cientos de toneladas anualmente. [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 los pares solitarios de electrones ocupan dos posiciones ecuatoriales de una hipotética bipirámide trigonal . Los enlaces axiales alargados de Cl-F son consistentes con el enlace hipervalente .
El 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]
Las reacciones con muchos metales e incluso óxidos metálicos dan fluoruros : [15]
El ClF3 se utiliza para producir hexafluoruro de uranio :
Con fósforo se obtiene 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. [16]
En la industria de semiconductores , el trifluoruro de cloro se utiliza para limpiar cámaras de deposición química en fase de vapor . Se puede utilizar para eliminar material semiconductor de las paredes de la cámara sin necesidad de desmontarla. A diferencia de la mayoría de los productos químicos alternativos utilizados en esta función, no necesita ser activado mediante el uso de plasma, ya que el calor de la cámara es suficiente para que se descomponga y reaccione con el material semiconductor.
El ClF3 se utiliza para la fluoración de una variedad de compuestos. [13]
El trifluoruro de cloro se ha investigado como oxidante almacenable de alto rendimiento en sistemas de propulsión de cohetes . Sin embargo, las preocupaciones por su manipulación limitan severamente su uso. El siguiente pasaje del científico de cohetes John D. Clark se cita ampliamente en las descripciones de la naturaleza extremadamente peligrosa de la sustancia:
Por supuesto, es 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 un retraso en la ignición. También es hipergólico con cosas como la tela , la madera y los ingenieros de prueba , por no mencionar el amianto , la arena y el agua , con los que reacciona de forma explosiva. Puede permanecer en algunos de los metales estructurales comunes (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 funde o se elimina por frotamiento y no tiene posibilidad de volver a formarse, el operador se enfrenta al problema de hacer frente a un incendio de flúor metálico. Para hacer frente a esta situación, siempre he recomendado un buen par de zapatillas para correr . [17]
El pentafluoruro de cloro (ClF 5 ) también se ha investigado como posible oxidante para cohetes. Ofrecía un impulso específico mejor que el trifluoruro de cloro, pero presentaba las mismas dificultades de manejo. Ninguno de estos compuestos se ha utilizado en ningún sistema operativo de propulsión de cohetes.
El trifluoruro de cloro fue investigado en el Instituto Kaiser Wilhelm de la Alemania nazi, poco antes del inicio de la Segunda Guerra Mundial , bajo 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 un gas venenoso extremadamente efectivos . A partir de 1938, se comenzó a construir una fábrica de municiones en parte subterránea y en parte con búnkeres de 14.000 m2 ( 150.000 pies cuadrados), el complejo industrial Falkenhagen , que estaba destinado a producir 90 toneladas de N-Stoff al mes, además de sarín (un agente nervioso mortal ). Sin embargo, cuando fue capturada por el Ejército Rojo en su avance en 1945, la fábrica había producido solo entre 30 y 50 toneladas, a un costo de más de 100 marcos alemanes por kilogramo. Un N-Stoff nunca se usó en la guerra. [18] [19]
El ClF3 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 evitará una mayor corrosión, pero el molibdeno , el tungsteno y el titanio no son adecuados porque sus fluoruros son volátiles. El ClF3 corroerá rápidamente incluso metales nobles como el iridio, el platino o el oro, oxidándolos a cloruros y fluoruros.
Este poder oxidante , superior al del oxígeno, hace que el ClF3 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 en particular, un derrame de 900 kg de ClF3 quemó 30 cm de hormigón y 90 cm de grava debajo. [20] [17] Hay exactamente un método conocido de control/extinción de incendios capaz de lidiar con el ClF3 : el fuego con nitrógeno o gases nobles como el argón . De lo contrario, el área simplemente debe mantenerse fría hasta que cese la reacción. [21] El compuesto reacciona con supresores a base de agua y CO2 , lo que los vuelve contraproducentes. [22]
La exposición a grandes cantidades de ClF 3 , ya sea en forma líquida o gaseosa, enciende el tejido vivo, lo que provoca quemaduras químicas y térmicas graves. 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 suelen liberarse en forma de 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 US$4.652,50 en 2021. Los valores del tipo de cambio del Reichsmark de 1942 a 1944 son fragmentarios.
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