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 | |
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기본 정보 | |
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IUPAC 명칭 | 사플루오린화 제논 |
기타 명칭 | 제논 사플루오라이드 사플루오르화 제논 |
식별 | |
SMILES | F[Xe](F)(F)F |
ChemSpider ID | 109927 |
InChI | 1/F4Xe/c1-5(2,3)4 |
InChIKey | RPSSQXXJRBEGEE-UHFFFAOYAW |
표준 InChI | 1S/F4Xe/c1-5(2,3)4 |
표준 InChIKey | RPSSQXXJRBEGEE-UHFFFAOYSA-N |
CAS 등록번호 | 13709-61-0 |
UNII | O825AI8P4W |
PubChem | 123324 |
특성 | |
화학식 | XeF4 |
분자량 | 207.2836 g/mol |
외형 | 흰색 고체 |
밀도 | 4.040 g/cm3 (고체) |
용해도 | 반응함 |
녹는점 | 117 °C (승화) |
pKa | 해당 없음 |
pKb | 해당 없음 |
점성 | 해당 없음 |
구조 | |
분자 모양 | 정사각형 평면 |
결정 구조 | 해당 없음 |
배위 | D4h |
쌍극자 모멘트 | 0 D |
열화학 | |
표준 생성 엔탈피 | -251 kJ/mol |
엔트로피 | 146 J·mol−1·K−1 |
위험성 | |
외부 MSDS | 해당 없음 |
주요 위험 | 해당 없음 |
인화점 | 해당 없음 |
H 문구 | 해당 없음 |
P 문구 | 해당 없음 |
GHS | 해당 없음 |
관련 화합물 | |
기타 음이온 | 해당 없음 |
기타 양이온 | 해당 없음 |
관련 기능기 | 해당 없음 |
기타 화합물 | 해당 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]:
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
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