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사플루오린화 제논

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1. 개요

사플루오린화 제논(XeF₄)은 제논과 플루오린을 반응시켜 합성하는 화합물이다. 니켈 용기 내에서 제논과 플루오린을 400 °C로 가열하여 합성하며, 이때 육플루오린화 제논(XeF₆)과 이플루오린화 제논(XeF₂)도 함께 생성된다. 사플루오린화 제논은 물과 반응하여 가수분해되며, 다양한 화합물과의 반응을 통해 다른 제논 화합물을 생성하는 데 사용된다. 또한, 실리콘 고무의 금속 불순물 분석에도 활용된다.

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사플루오린화 제논 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
제논 테트라플루오라이드 결정. 1962.
사플루오린화 제논 결정 (1962년)
제논 테트라플루오라이드 3D balls
사플루오린화 제논 3D 모델 (ball and stick)
제논 테트라플루오라이드 3D vdW
사플루오린화 제논 3D 모델 (Van der Waals 반지름)
IUPAC 명칭사플루오린화 제논
기타 명칭제논 사플루오라이드
사플루오르화 제논
식별
SMILESF[Xe](F)(F)F
ChemSpider ID109927
InChI1/F4Xe/c1-5(2,3)4
InChIKeyRPSSQXXJRBEGEE-UHFFFAOYAW
표준 InChI1S/F4Xe/c1-5(2,3)4
표준 InChIKeyRPSSQXXJRBEGEE-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록번호13709-61-0
UNIIO825AI8P4W
PubChem123324
특성
화학식XeF4
분자량207.2836 g/mol
외형흰색 고체
밀도4.040 g/cm3 (고체)
용해도반응함
녹는점117 °C (승화)
pKa해당 없음
pKb해당 없음
점성해당 없음
구조
분자 모양정사각형 평면
결정 구조해당 없음
배위D4h
쌍극자 모멘트0 D
열화학
표준 생성 엔탈피-251 kJ/mol
엔트로피146 J·mol−1·K−1
위험성
외부 MSDS해당 없음
주요 위험해당 없음
인화점해당 없음
H 문구해당 없음
P 문구해당 없음
GHS해당 없음
관련 화합물
기타 음이온해당 없음
기타 양이온해당 없음
관련 기능기해당 없음
기타 화합물해당 없음

2. 합성

사플루오린화 제논(XeF4)은 제논(Xe)과 플루오린(F2) 기체를 특정 조건 하에서 직접 반응시켜 합성한다.[30][9][10] 일반적으로 니켈 용기 안에서 두 기체를 혼합하여 가열하는 방법을 사용하며, 이 과정에서 다른 플루오린화 제논 화합물이 함께 생성될 수 있다.[9][10] 니켈 용기는 반응의 촉매는 아니지만, 플루오린과의 반응을 통해 표면에 보호층을 형성하여 반응을 돕는다.[30][9] 생성된 화합물은 휘발성 차이를 이용해 정제할 수 있다.[9]

2. 1. 일반적인 합성법

사플루오린화 제논(XeF4)은 니켈 용기 안에 제논(Xe)과 플루오린(F2)을 1:5의 몰 비율로 혼합한 기체를 400°C까지 가열하여 합성한다.[30][9][10] 이 과정에서 이플루오린화 제논(XeF2)과 육플루오린화 제논(XeF6)도 함께 생성될 수 있다.[9][10] 반응 혼합물에서 온도가 높거나 플루오린 농도가 낮으면 XeF2 생성이 유리하고, 온도가 낮거나 플루오린 농도가 높으면 XeF6 생성이 유리하다.[9][10] 합성 반응에서 니켈은 촉매 역할을 하지 않는다.[30][9] 니켈 용기는 플루오린과 반응하여 용기 표면에 플루오린화 니켈(II)(NiF2)로 이루어진 비활성 보호 부동태화 층을 형성하기 때문에 주로 사용된다.[30][9] 생성된 XeF4는 XeF2 및 XeF6에 비해 휘발성이 낮기 때문에 분별 승화를 통해 정제할 수 있다.[9]

2. 2. 니켈 용기 사용 이유

사플루오린화 제논 합성 과정에서는 주로 니켈로 만든 용기를 사용한다.[30] 니켈은 이 반응의 촉매 역할을 하지 않는다.[30][9] 대신 니켈 용기가 플루오린과 반응하여 내부 표면에 플루오린화 니켈(II) NiF2 보호막을 형성하기 때문에 사용된다.[30][9][10] 이 보호막은 벗겨지지 않는 부동태화 층으로 작용하여 용기가 플루오린에 의해 계속 부식되는 것을 방지한다.[9]

2. 3. 정제

XeF4는 XeF2 및 XeF6에 비해 휘발성이 낮기 때문에, 분별 승화를 통해 정제할 수 있다.[9]

3. 화학 반응

사플루오린화 제논(XeF4)은 다양한 물질과 반응하는 성질을 가진다. 저온에서는 물과 가수분해 반응을 일으켜 원소 제논(Xe), 산소(O2), 플루오린화 수소(HF), 그리고 삼산화 제논(XeO3)을 생성한다.[31][11]

또한, 다른 플루오린화물과 반응하여 복잡한 이온성 화합물을 형성하기도 한다. 예를 들어, 테트라메틸암모늄 플루오라이드나 플루오린화 세슘(CsF)과 반응하면 XeF5- 음이온을 포함하는 염을 생성하며,[32][12] 오플루오린화 비스무트(BiF5)와 반응하면 XeF3+ 양이온을 포함하는 염을 만든다.[33][13] 이러한 이온들은 NMR 분광법 등을 통해 구조가 확인되었다.[34][14] 사플루오린화 제논은 이처럼 다른 4가 제논 화합물을 합성하기 위한 중요한 전구체로 사용된다.[9]

400°C의 고온에서는 제논(Xe) 기체와 반응하여 이플루오린화 제논(XeF2)을 생성하며,[30][10] 백금(Pt)과 반응할 경우 사플루오린화 백금(PtF4)을 형성하고 제논 기체를 방출한다.[30][10]

3. 1. 가수분해

사플루오린화 제논은 저온에서 물과 반응하여 가수분해된다. 이 반응으로 원소 제논, 산소, 플루오린화 수소, 그리고 수용액 상태의 삼산화 제논이 만들어진다.[31][11]

:\rm \ 6XeF_4 + 12H_2O \rightarrow 2XeO_3 + 4Xe\uparrow + 3O_2\uparrow + 24HF

3. 2. 다른 화합물과의 반응

사플루오린화 제논(XeF4)은 저온에서 물과 가수분해 반응을 일으켜 원소 제논(Xe), 산소(O2), 플루오린화 수소(HF), 그리고 수용성 삼산화 제논(XeO3)을 생성한다.[31][11]

: 6XeF4 + 12H2O → 2XeO3 + 4Xe↑ + 3O2↑ + 24HF

이 화합물은 다른 4가 제논 화합물을 합성하기 위한 전구체로 사용된다.[9] 예를 들어, 테트라메틸암모늄 플루오라이드와 반응하면 오각형 모양의 XeF5- 음이온을 포함하는 테트라메틸암모늄 펜타플루오로제네이트가 만들어진다. 이 XeF5- 음이온은 플루오린화 세슘(CsF)과의 반응에서도 생성된다.[32][12]

: CsF + XeF4 → CsXeF5

또한, 오플루오린화 비스무트(BiF5)와 반응하면 XeF3+ 양이온을 형성한다.[33][13]

: BiF5 + XeF4 → XeF3BiF6

이 XeF3+ 양이온은 XeF3Sb2F11 염에서 NMR 분광법을 통해 그 구조가 확인되었다.[34][14]

400°C의 온도에서 XeF4는 제논 기체와 반응하여 XeF2을 생성한다.[30][10]

: XeF4 + Xe → 2 XeF2

백금(Pt)과 반응하면 사플루오린화 백금(PtF4)을 만들고 제논 기체를 방출한다.[30][10]

: XeF4 + Pt → PtF4 + Xe

3. 3. 제논 및 백금과의 반응

사플루오린화 제논(XeF4)은 400°C에서 제논(Xe) 기체와 반응하여 이플루오린화 제논(XeF2)을 생성한다.[30]

:XeF4 + Xe → 2 XeF2

또한 백금(Pt)과 반응하여 사플루오린화 백금(PtF4)을 만들고 제논 기체를 방출한다.[30]

:XeF4 + Pt → PtF4 + Xe

4. 응용

사플루오린화 제논은 몇 가지 용도로 사용된다. 실리콘 고무의 미량 금속 불순물을 분석하기 위해 실리콘 고무를 분해하는 것으로 나타났다. XeF4는 실리콘과 반응하여 간단한 기체 생성물을 형성하고 금속 불순물의 잔류물을 남긴다.[15]

참조

[1] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
[2] 서적 Chemical Principles Houghton Mifflin Company
[3] 서적 Chemistry Houghton Mifflin
[4] 저널 Xenon Tetrafluoride
[5] 저널 Fluorine Compounds of Xenon and Radon
[6] 저널 Xenon Tetrafluoride: Fluorine-19 High-Resolution Magnetic Resonance Spectrum
[7] 저널 Xenon Tetrafluoride: Crystal Structure
[8] 저널 Xenon Tetrafluoride Molecule and Its Thermal Motion: A Neutron Diffraction Study
[9] 저널 The Chemistry of Xenon(IV) 2015
[10] 서적 Standard Potentials in Aqueous Solution https://archive.org/[...] CRC Press
[11] 저널 Xenon Tetrafluoride: Reaction with Aqueous Solutions 1963-03
[12] 서적 Elements of the ''p'' Block Royal Society of Chemistry
[13] 서적 Organobismuth chemistry Elsevier
[14] 저널 Trifluoroxenon(IV) µ-fluoro-bispentafluoroantimonate(V): the {{chem|XeF|3|+}} cation
[15] 저널 Xenon tetrafluoride as a decomposition agent for silicone rubber for isolation and atomic emission spectrometric determination of trace metals 1997-03
[16] 문서 Claassen, H. H.; Selig, H.; Malm, J. G. "Xenon Tetrafluoride" J. Am. Chem. Soc. 1962, 84, 3593. DOI: https://doi.org/10.1[...]
[17] 서적 Chemistry
[18] 저널 Xenon Tetrafluoride
[19] 저널 Fluorine Compounds of Xenon and Radon
[20] 저널 Xenon Tetrafluoride: Fluorine-19 High-Resolution Magnetic Resonance Spectrum
[21] 저널 Xenon Tetrafluoride: Crystal Structure
[22] 서적 Chemical Principles https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company
[23] 서적 Chemistry https://archive.org/[...] Houghton Mifflin
[24] 저널 Xenon Tetrafluoride
[25] 저널 Fluorine Compounds of Xenon and Radon
[26] 저널 Xenon Tetrafluoride: Fluorine-19 High-Resolution Magnetic Resonance Spectrum https://archive.org/[...]
[27] 저널 Xenon Tetrafluoride: Crystal Structure
[28] 저널 Xenon Tetrafluoride Molecule and Its Thermal Motion: A Neutron Diffraction Study
[29] 서적 Inorganic chemistry Academic Press
[30] 서적 Standard Potentials in Aqueous Solution https://archive.org/[...] CRC Press
[31] 저널 Xenon Tetrafluoride: Reaction with Aqueous Solutions 1963-03
[32] 서적 Elements of the ''p'' block (Volume 9 of Molecular world) https://archive.org/[...] Royal Society of Chemistry
[33] 서적 Organobismuth chemistry Elsevier
[34] 저널 Trifluoroxenon(IV)µ-fluoro-bispentafluoroantimonate(V): the {{chem|XeF|3|+}} cation



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