氟氧化合物

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氟氧化合物,顾名思义就是氟和氧组成的化合物
由于氟和氧都是非金属性很强的元素,通常情况下它们不能直接反应,因而氟氧化合物比较少见,同时它们的性质也和普通的氧化物有很大不同。
所有的氟氧化合物都是共价化合物,都是很强的氧化剂和氟化剂。
已知的氟氧化合物有:严格来说只有二氟化氧,二氟化二氧,二氟化三氧,二氟化四氧,二氟化五氧,二氟化六氧。象次氟酸,氧的O2+盐以及一些次氟酸的衍生物可以看作是氟氧化合物的延伸,因为这些化合物里边不但有氟和氧,还包含其他元素。
常见的氧氟化合物
1.二氟化氧,分子式 OF2
二氟化氧是最早发现的氟氧化物。为无色无味的有毒气体,摄氏200度开始分解,产物为氧气和氟气,250度迅速分解。是最稳定的氟氧化合物。因为其热稳定性好,所以其活性和氧化性弱于氟,氧化还原电位为2.2。
二氟化氧是很强的氧化剂和氟化剂,常温下可以将氮气氧化,生成物为三氟化氮和二氧化氮,可以将惰性气体氙氧化成+4价,可以和氢气反应,生成水和氟化氢,缓慢水解,产物为氟化氢和氧气。也可以和绝大多数金属和非金属反应。
二氟化氧不能通过氟和氧直接化合制取,通常用氟通过2%的氢氧化钠溶液获得,或者电解10%的氟化钠溶液得到
2F2 + 2NaOH==2NaF + H2O + OF2↑
这个反应中,氢氧化钠溶液的浓度必须是百分之二,否则会有其他产物,比如氧气,臭氧产生。
2.二氟化二氧,分子式O2F2
O2F2的制取和性质同O3F2,O4F2,O5F2,O6F2基本一样,所以把它们归位一类。
其中,O4F2,O5F2,O6F2因为极其不稳定,分子结构还没有完全确定。
它们的制取方法:
将氧气和氟气的混合物冷却,全部液化,然后进行辉光放电合成,随着氟和氧的量和反应的控制条件的变化,反应产物也有不同,分别是O2F2,O3F2,O4F2,O5F2,O6F2。它们的合成条件如下表所示:
这几个氟氧化合物,随着含氧原子的增多,性质越来越不稳定,氧化性也随着越来越强。比如O2F2,零下160度开始分解,到零下95度分解速度明显加快,而到了零下57度立即分解完毕。而O6F2在零下213度合成后就会开始分解,到零下183度会迅速分解完,产物为氟气和氧气,以及少量的臭氧。
化学性质:由于以上几个氟氧化物均不稳定,对它们的研究都不多,其中O2F2的研究多一些。它们均是很强的氧化剂和氟化剂。氧化性随着含氧原子的增多而增强。氧化能力介于氟气分子----氟原子之间,基本和氟原子相当了。
以二氟化二氧为例:
二氟化二氧是一种性质极其不稳定的化合物,即使在-160℃的情况下也能缓慢分解氟气和氧气。分解速率约为每天4%。二氟化二氧只能在-57℃以下稳定存在。其性状为黄色晶体(熔点以下)和黄色油状液体(熔点以上)。
二氟化二氧的氧化性极强,基本和氟原子的氧化性相当。在低于-100℃的极低温度下也能与所有的金属和非金属反应(氦氖氩除外)。 如二氟化二氧可以将黄金氧化成+5价,将硫元素从0价氧化成+6价,将惰性气体氙,从0价氧化成+6价,甚至能将一部分氟离子氧化成氟单质。O2F2还能和惰性气体氪发生反应,生成二氟化氪和氧气
O2F2+Kr===KrF2+O2 反应条件:零下160度,日光照射或者紫外线照射
这也说明二氟化二氧的极强氧化性,而且这个反应不可逆。即O2F2的氧化性与KrF2的氧化性相当或者更强。
这个反应实质是利用O2F2的不稳定,会分解成氧气和氟气,同时零下160度的时候氪也处于液态,有比气态强的多的活性。而且在光照状态,氧原子和氟原子都是处于激发状态,拥有平时强的多的夺取电子的能力。特别是氟原子获得了比平时更强的氧化能力,从而从氪那里抢的电子。(注意此时氧气为气态,氟原子的氧化能力不能夺取气态氧分子中的电子,而氪在零下157度即被液化,物质在液态活性最大)
氟原子的氧化电位,为3.057,有些资料认为是3.03,二氟化二氧应该和这一数据很接近,或者相当。二氟化氪也和氟原子的氧化性差不多。
3.氧的正价盐,即O2+
第一个含有O2+离子的化合物是在1962年获得,即用六氟化铂蒸汽和氧气反应,获得六氟合铂酸二氧。氧为+1/2价,即一个氧气分子失去一个电子,而不是一个氧原子失去一个电子。需要注意的是这个反应必须是六氟化铂蒸汽,才能和氧气化合,固态的不行。
之后陆续发现的O2+化合物有,O2AsF6 O2BF4 ,O2SbF6等几个。其中,六氟化铂,三氟化硼,五氟化砷,五氟化锡,五氟化锑都是强的路易斯酸,有很强的亲氟性,所以才会产生O2+的盐,其他元素没有这样的性质。
如:氟本来没有能力直接将氧气氧化,当有强路易斯酸五氟化砷存在的情况下,由于五氟化砷的亲氟性,增强了氟的氧化性,导致反应可以发生:
O2+F2+AsF5====O2AsF6 反应条件:高温或者强光照射,五氟化砷起了催化作用,同时也参与反应。
O2+化合物的性质:
结构表明O2+离子中的氧O----O比氧气分子中的O---键长要短,所有的二氧基盐都是顺磁性的。二氧基盐都不稳定,常温迅速分解,只有六氟合砷酸二氧和六氟合锑酸二氧比较稳定,在有惰性气体存在的情况下100度以上才会分解。所有的二氧基盐都是很强的氧化剂,氧化性和氟相当。都会和水发生水解反应,放出氧气和少量的臭氧。
4.次氟酸及其衍生物
次氟酸,化学式 HOF
1971年美国的化学家斯图尔杰和阿佩里曼在0℃以下,用被氮气稀释的氟气在细冰上缓慢通过制得。该物质极为不稳定,容易爆炸分解,分解产物为氟化氢和氧气。在乙腈中却相对稳定的多。
该化合物中,氧为零价,氟为-1价,氢为+1价。次氟酸的真实架构是H-O-F,即氧通过单键分别和氢以及氟相连。
但是所谓的正负化合价其实是一个很古老也很迂腐的概念,在后来尤其是有机中根本不会用到。
因为正负化合价的规定对于共价键来说,看共用的电子对偏向哪边。偏向的那个原子算带负电多一些算负价。
所以,氧吸引电子的能力比氢强,和氢结合的时候算+1,而又比不过氟,和氟结合算-1,算在一起是就出现了尴尬的0价。
次氟酸有较强的酸性和氧化性,酸性和盐酸差不多,氧化性和氧气接近,可以氧化碘离子。次氟酸见水分解,没有水溶液。
关于次氟酸的研究以及应用都不多
次氟酸的衍生物:如CF3OF、 SF5OF 、NO2OF等都是已知的,但涉及的研究以及应用很少。
词条标签:
理学