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육플루오린화 제논

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1. 개요

육플루오린화 제논(XeF6)은 제논과 플루오린 기체의 반응으로 합성되는 화합물이다. 이플루오린화 제논이나 사플루오린화 제논을 플루오린 기체와 반응시키거나, 니켈(II) 플루오린화물을 촉매로 사용하여 제논과 플루오린 기체를 반응시켜 합성할 수 있다. XeF6는 기체 상태에서 단량체이며, 고체 상태에서는 다양한 구조를 갖는다. 물과 반응하여 가수분해되며, 루이스 산으로 작용하여 플루오린 음이온과 반응하여 XeF7-, XeF82- 등의 음이온을 생성한다.

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육플루오린화 제논 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
이름제논 헥사플루오라이드
구조식
구조식
공간 채움 모형
공간 채움 모형
식별 정보
화학 물질 식별자 (ChemSpider ID)123066
국제 화학 식별자 (InChI)1/F6Xe/c1-7(2,3,4,5)6
국제 화학 식별자 키 (InChIKey)ARUUTJKURHLAMI-UHFFFAOYAF
표준 국제 화학 식별자 (StdInChI)1S/F6Xe/c1-7(2,3,4,5)6
표준 국제 화학 식별자 키 (StdInChIKey)ARUUTJKURHLAMI-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록번호13693-09-9
고유 성분 식별자 (UNII)WXC3I4P46T
펍켐 (PubChem)139546
스마일즈 (SMILES)F[Xe](F)(F)(F)(F)F
속성
화학식XeF6
몰 질량245.28 g mol−1
밀도3.56 g cm−3
용해도반응함
녹는점49.25 °C
끓는점75.6 °C
열화학
표준 생성 엔탈피 (ΔHf)−294 kJ·mol−1
관련 화합물
기타 화합물크립톤 헥사플루오라이드

2. 합성

육플루오린화 제논은 이플루오린화 제논(XeF2) 또는 사플루오린화 제논(XeF4)을 플루오린 기체와 반응시켜 합성한다.

일반적인 합성법은 다음과 같다.

이플루오린화 제논(XeF2)을 300°C, 6 MPa (60기압) 이상의 조건에서 과량의 플루오린 기체와 반응시켜 생성한다.[18]

: Xe + 3F2 → XeF6

이플루오린화 니켈(II)(NiF2)를 촉매로 사용하면 120°C의 상대적으로 낮은 온도에서도 제논과 플루오린의 혼합 기체를 육플루오린화 제논으로 합성할 수 있다.[19][2][3]

한국의 화학 연구 기관에서는 주로 고온 고압 조건에서 제논과 플루오린의 직접 반응을 통해 육플루오린화 제논을 합성하는 방법을 사용한다.

2. 1. 일반적인 합성법

육플루오린화 제논은 이플루오린화 제논(XeF2)을 300°C, 6 MPa (60기압) 이상의 조건에서 과량의 플루오린 기체와 반응시켜 생성한다.[18]

: Xe + 3F2 -> XeF6

이플루오린화 니켈(II)(NiF2)를 촉매로 사용하면 120°C의 상대적으로 낮은 온도에서도 제논과 플루오린의 혼합 기체를 육플루오린화 제논으로 합성할 수 있다.[19][2][3]

2. 2. 촉매를 이용한 합성법

이플루오린화 니켈(II)(NiF2)를 촉매로 사용하면 120°C의 비교적 낮은 온도에서 제논과 플루오린의 몰 비를 1:5 정도로 조절하여 육플루오린화 제논을 합성할 수 있다.[19][2][3]

3. 구조

육플루오린화 제논은 이플루오린화 제논(XeF2)이나 사플루오린화 제논(XeF4)과 달리 구조 분석 및 이론 연구에 수 년이 필요했다.[20][4][14] 기체 상태에서 XeF6단량체 상태이다.[20][4] 원자가껍질 전자쌍 반발 이론에서는 플루오린 리간드 6개와 고립된 전자쌍 하나가 있으므로 완벽한 8면체 대칭(Oh)을 이룰 것으로 예측했지만[20] 실제로는 전자 회절 및 고도의 계산 결과 화학물의 점군이 3차원의 순환대칭(C3v)임을 보인다.[20][4] Oh의 중요성은 그리 높지 않아 에너지 표면 최소값은 매우 낮다.[20] 비활성 기체 및 플루오린 화학을 연구하는 학자 콘라드 세펠트는 육플루오린화 제논의 구조가 "팔면체의 면과 모서리를 가로질러 이동하는 자유전자쌍의 영향으로 동적으로 살짝 찌그러진 모양"이라고 설명했다.[20] 하이델베르크 대학교의 화학 부교수 콘라트 제펠트(Konrad Seppelt)는 "육플루오린화 제논은 분자 내를 이동하는 고립 전자쌍에 의해 일그러진 정팔면체를 이루고 있다는 설명이 적절하다[14]."라고 말했다.129Xe와 19F의 핵자기 공명 분석에서는 사면체 모양으로 있는 4개의 제논 원자가 24개의 플루오린 원자와 요동하여 결합해 "톱니바퀴 매커니즘" 같은 방식으로 계속해서 위치를 옮기는 사합체 구조로 밝혀졌다.[20][4]

의 결정체에는 총 6가지 구조가 있으며,[21][5] 이중에는 XeF 이온이 F 이온과 결합해 있는 상태인 모양도 있다.[22][6]

4. 화학 반응

4. 1. 가수분해

육플루오린화 제논은 물과 반응해 가수분해하여 최종적으로는 삼산화 제논이 된다.[23][7][15]

:XeF6 + H2O → XeOF4 + 2 HF

:XeOF4 + H2O → XeO2F2 + 2 HF

:XeO2F2 + H2O → XeO3 + 2 HF

:XeF6 + 3 H2O → XeO3 + 6 HF

XeF6은 루이스 산으로, 한 개 또는 두 개의 플루오린화물 음이온과 결합한다.[7]

:XeF6 + F → XeF7

:XeF7 + F → XeF82−

염 Rb2XeF8는 가장 안정적인 제논 화합물 중 하나이며, 400℃까지 가열해야 분해되지 않는다고 보고되었다.[16]

4. 2. 루이스 산-염기 반응

육플루오린화 제논(XeF6)은 플루오린 음이온(F-)에 대해 루이스 산으로 작용한다.[15]

: XeF6 + F- → XeF7-

: XeF7- + F- → XeF82-

팔플루오린화 제논(VI) 이온(XeF82-) 결정은 매우 안정하지만 400°C 이상의 온도에서는 분해된다.[27][28][24] 이 이온은 나이트로소늄염물인 팔프루오르제논화 나이트로소늄(VI) 단면 X선 계수기 결정 분석을 기반으로 엇사각기둥 모양일 것으로 추정된다.[25] 팔플루오르제논화물은 플루오린화 나트륨이나 플루오린화 칼륨과 반응시켜 만들 수 있다.[24]

:2 NaF + XeF6 → Na2XeF8

:2 KF + XeF6 → K2XeF8

마찬가지로, 덜 안정적이긴 하지만 세슘루비듐의 플루오린화물과 반응시켜 칠플루오르제논화물을 만들 수 있다.

:CsF + XeF6 → CsXeF7

:RbF + XeF6 → RbXeF7

칠플루오르제논화물을 각각 50°C와 20°C로 열분해하면 노란색의[26] 팔플루오르제논화물로 반응한다.[27][28][24]

:2 CsXeF7 → Cs2XeF8 + XeF6

:2 RbXeF7 → Rb2XeF8 + XeF6

이 결정체는 물에 녹으면 제논과 산소를 포함한 여러 기체로 방출된다.[24] 육플루오린화 제논(XeF6)은 최종적으로 XeO3까지 가수분해된다.[15]

: XeF6 + H2O → XeOF4 + 2 HF

: XeOF4 + H2O → XeO2F2 + 2 HF

: XeO2F2 + H2O → XeO3 + 2 HF

육플루오린화 제논(XeF2)과 사플루오린화 제논(XeF4)은 XeF6만큼 안정적인 착체를 만들지 않는다. 염 Rb2XeF8는 가장 안정적인 제논 화합물 중 하나이다. 이 화합물은 400℃까지 가열해야 분해되지 않는다고 보고되었다.[16]

4. 3. 팔플루오르제논화물 생성

팔플루오린화 제논(VI) 이온(XeF82-) 결정은 매우 안정하며 400°C 이상의 온도에서 분해된다.[27][28][24] 이 이온은 나이트로소늄염물인 팔프루오르제논화 나이트로소늄(VI) 단면 X선 계수기 결정 분석을 기반으로 엇사각기둥 모양일 것으로 추정된다.[25]

팔플루오르제논화물은 플루오린화 나트륨이나 플루오린화 칼륨과 반응시켜 만들 수 있다.[24]

:2 NaF + XeF6 → Na2XeF8

:2 KF + XeF6 → K2XeF8

세슘루비듐의 플루오린화물과 반응시켜 칠플루오르제논화물을 만든후 50°C와 20°C로 열분해하면 노란색의[26] 팔플루오르제논화물로 반응한다.[27][28][24]

:CsF + XeF6 → CsXeF7

:RbF + XeF6 → RbXeF7

:2 CsXeF7 → Cs2XeF8 + XeF6

:2 RbXeF7 → Rb2XeF8 + XeF6

이 결정체는 물에 녹으면 제논과 산소를 포함한 여러 기체로 방출된다.[24]

4. 4. 기타 플루오린화물과의 반응

육플루오린화 제논(XeF6)은 오플루오린화 루테늄(RuF5)[22][6], 삼플루오린화 브로민·삼플루오린화 금(BrF3·AuF3)[29][13]과 같은 강력한 플루오린화제와 반응하여 XeF5+ 양이온을 생성한다.[22][29] 반응식은 다음과 같다.

:XeF6 + RuF5 → XeF5+RuF6

:XeF6 + BrF3·AuF3 → XeF5+AuF4 + BrF3

육플루오린화 제논은 F-에 대해 루이스산으로 작용하여, XeF7-, XeF82-등의 음이온을 생성한다.

: XeF6\ + F^- -> XeF7^-

: XeF7^-\ + F^- -> XeF8^{2-}

Rb2XeF8는 가장 안정적인 제논 화합물 중 하나로, 400℃까지 가열해야 분해된다.[16]

육플루오린화 제논은 가수분해되어 최종적으로 삼산화 제논(XeO3)을 생성한다.[15]

: XeF6\ + H2O -> XeOF4\ + 2 HF

: XeOF4\ + H2O -> XeO2F2\ + 2 HF

: XeO2F2\ + H2O -> XeO3\ + 2 HF

참조

[1] 서적 Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company
[2] 논문 Synthesis, Properties and Chemistry of Xenon(II) Fluoride http://acta.chem-soc[...] 2006-12-05
[3] 서적 Inorganic Syntheses
[4] 논문 Recent Developments in the Chemistry of Some Electronegative Elements 1979-06
[5] 논문 The structure of xenon hexafluoride in the solid state 2006-10
[6] 서적 Inorganic Chemistry https://archive.org/[...] Academic Press
[7] 논문 Hydrolysis of Xenon Hexafluoride and the Aqueous Solution Chemistry of Xenon 1964-06
[8] 서적 Comprehensive Inorganic Chemistry New Age International
[9] 논문 Antiprismatic Coordination about Xenon: the Structure of Nitrosonium Octafluoroxenate(VI) 1971-09
[10] 백과사전 Xenon Encyclopædia Britannica Inc.
[11] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
[12] 서적 Anorganische Chemie https://archive.org/[...] Walter de Gruyter
[13] 서적 Advanced Inorganic Chemistry Wiley-India
[14] 논문 Recent Developments in the Chemistry of Some Electronegative Elements
[15] 논문 Hydrolysis of Xenon Hexafluoride and the Aqueous Solution Chemistry of Xenon
[16] 문서 Inorganic Chemistry Academic Press
[17] 서적 Chemical Principles 6th Ed. https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company
[18] 서적
[19] 논문 Synthesis, Properties and Chemistry of Xenon(II) Fluoride http://acta.chem-soc[...] 2006-12-05
[20] 논문 Recent Developments in the Chemistry of Some Electronegative Elements 1979-06
[21] 논문 The structure of xenon hexafluoride in the solid state 2006-10
[22] 서적 Inorganic Chemistry https://archive.org/[...] Academic Press
[23] 논문 Hydrolysis of Xenon Hexafluoride and the Aqueous Solution Chemistry of Xenon 1964-06
[24] 서적 Comprehensive Inorganic Chemistry New Age International
[25] 논문 Antiprismatic Coordination about Xenon: the Structure of Nitrosonium Octafluoroxenate(VI) 1971-09
[26] 백과사전 Xenon Encyclopædia Britannica Inc.
[27] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
[28] 서적 Anorganische Chemie Walter de Gruyter
[29] 서적 Advanced Inorganic Chemistry Wiley-India



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