Trifluoruro de cloro (7790-91-2) Propiedades Físicas y Químicas
Trifluoruro de cloro
Un agente fluorante interhalógeno altamente reactivo, típicamente suministrado como gas licuado y comprimido; requiere materiales especializados, procedimientos de manejo y garantía de calidad del proveedor para uso industrial.
| Número CAS | 7790-91-2 |
| Familia | Compuesto interhalógeno (fluoruro de halógeno) |
| Forma típica | Gas licuado y comprimido |
| Grados comunes | EP |
El trifluoruro de cloro es un compuesto interhalógeno covalente de la clase de los halógenos, formalmente el fluoruro de cloro con fórmula empírica \(ClF_3\). Estructuralmente deriva de una disposición trigonal bipiramidal de dominios electrónicos alrededor del átomo central de cloro con dos pares electrónicos libres en posición ecuatorial, lo que da una geometría molecular en forma de T y una densidad de electrones anisotrópica significativa. La molécula es altamente electronegativa debido a los tres sustituyentes de flúor; a pesar de tener carga neta formal cero, exhibe un comportamiento extremadamente fuerte oxidante y fluorante, en lugar de acidez o basicidad clásica de Brønsted.
Como gas molecular de bajo punto de ebullición que puede licuarse bajo presión moderada, el trifluoruro de cloro es no polar en el sentido de que tiene área dipolar formal cero, pero está electrónicamente activado para reacciones de oxidación y fluoración. Se hidroliza violentamente con el agua, produciendo fluoruro de hidrógeno y óxidos de cloro o cloro elemental, y reacciona exotérmicamente y a menudo espontáneamente con materiales orgánicos, muchos metales y óxidos metálicos, y materiales refractarios. Estas propiedades fundamentan su uso cuando se requiere una fluoración agresiva o una oxidación hipergólica, y determinan estrictos controles de materiales, almacenamiento y manejo en entornos industriales.
Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: EP.
Propiedades Físicas Básicas
Densidad
Los valores de densidad reportados varían según la fase y la temperatura. Valores experimentales representativos incluyen: - Líquido: \(1.85\) (reportado a \(51.8\,^\circ\mathrm{F}\)); se observa que es más denso que el agua y se hunde. - Líquido (en punto de ebullición): \(1.825\,\mathrm{g}\,\mathrm{mL}^{-1}\). - Gas (densidad relativa): densidad del vapor ~\(3.21\) (aire = 1); densidad del gas reportada como \(3.14\,\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\). - Sólido: densidad \(2.530\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\) (a \(153\,\mathrm{K}\)).
Estos valores reflejan un empaquetamiento compacto en las fases condensadas y un vapor considerablemente más pesado que el aire; la liberación de gas tenderá a acumularse en zonas bajas.
Punto de fusión o descomposición
- Temperatura de fusión/solidificación: \(-76.34\,^\circ\mathrm{C}\) (equivalente a \(-105\,^\circ\mathrm{F}\)).
- Descomposición térmica: se descompone por encima de \(220\,^\circ\mathrm{C}\) y puede causar falla del recipiente o explosión al calentarse.
La sustancia exhibe un punto de fusión bajo consistente con un interhalógeno molecular pequeño y se descompone a temperaturas elevadas en una mezcla de especies halógeno y óxidos de halógeno.
Solubilidad en agua
El trifluoruro de cloro reacciona con el agua; no se disuelve como una molécula neutra estable intacta. La hidrólisis procede vigorosamente produciendo fluoruro de hidrógeno y óxidos de cloro o cloro elemental con evolución térmica significativa. Consecuencia práctica: el contacto directo con agua (incluido el hielo) es violentamente reactivo y genera productos acuosos corrosivos y tóxicos.
pH de la solución (comportamiento cualitativo)
El contacto acuoso produce fluoruro de hidrógeno (\(HF\)) y otros productos ácidos de descomposición; los sistemas acuosos contaminados con trifluoruro de cloro se vuelven fuertemente ácidos y altamente corrosivos. No hay pH de equilibrio directamente medido de una solución estable de \(ClF_3\) disponible porque el compuesto reacciona en lugar de formar una solución molecular estable disuelta.
Propiedades Químicas
Comportamiento ácido-base
El trifluoruro de cloro no es un ácido o base convencional de Brønsted en aislamiento. Su interacción con medios protónicos está dominada por la hidrólisis y la oxidación: la reacción con agua produce \(HF\) y óxidos de cloro o \(Cl_2\), generando mezclas ácidas y corrosivas fuertes. En práctica, los efectos de pH en sistemas acuosos son consecuencia secundaria de productos de hidrólisis y no de una disociación ácido-base intrínseca de la molécula madre.
Reactividad y estabilidad
- Fuerte agente oxidante y agresivo fluorante; capaz de oxidar o fluorinar una amplia variedad de sustratos inorgánicos y orgánicos.
- Se han reportado reacciones violentas o explosivas con agua, materiales orgánicos, combustibles, muchos metales y óxidos metálicos, halocarbonos, nitrocompuestos y ciertos polímeros; se documenta ignición espontánea al contacto con muchos combustibles.
- Se descompone en fase vapor en especies incluyendo \(Cl_2\), \(ClF\), \(ClO!F\), \(ClO_2F\), \(ClO_2\) y \(HF\), dependiendo de la humedad y condiciones de reacción.
- Considerado inestable en aire húmedo; el contacto con trazas de humedad aumenta la reactividad y corrosión (incluido ataque a sílice/cuarzo).
- Inicio de descomposición: por encima de \(220\,^\circ\mathrm{C}\); entalpía de formación y energía de cambio de fase indican energía química almacenada significativa (entalpía de formación ~\(164.5\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\), entalpía de vaporización \(27.50\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\)).
Es esencial una selección estricta de materiales (metales/aleaciones compatibles, evitar orgánicos y materiales siliciosos) y exclusión de humedad para la estabilidad.
Parámetros Moleculares e Iónicos
Fórmula y peso molecular
- Fórmula molecular: \(ClF_3\).
- Peso molecular: \(92.45\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Masa exacta/monoisotópica: \(91.9640622\).
- Área polar superficial topológica (TPSA): \(0\).
- XLogP3 calculado: \(2.5\).
La estructura electrónica (tres átomos de flúor altamente electronegativos unidos a un cloro central con dos pares libres) explica la combinación de baja polaridad molecular con extremadamente alta reactividad oxidativa/fluorante.
Iones constituyentes
El trifluoruro de cloro es una especie molecular covalente neutra; no hay iones constituyentes en el compuesto intacto bajo condiciones normales.
Identificadores y Sinónimos
Números de registro y códigos
- Número de registro CAS: 7790-91-2
- Número CE: 232-230-4
- Número ONU / Identificación de envío: 1749
- ID y Guía ONU/NA: UN 1749
- Clase de riesgo ONU (riesgos subsidiarios): 2.3 (gas tóxico); Subsidiarios: 5.1 (oxidante), 8 (corrosivo)
- UNII: 921841L3N0
- InChIKey: JOHWNGGYGAVMGU-UHFFFAOYSA-N
- ID ChEBI: CHEBI:30123
- ID Sustancia DSSTox: DTXSID90893948
Sinónimos y nombres comunes
Sinónimos comunes y denominaciones encontradas en contextos industriales y técnicos incluyen: - trifluoruro de cloro - ClF3 - trifluoroclorina - trifluoro-lambda3-clorano - clorotrifluoruro - trifluorido de cloro
(Existen varias variaciones históricas y reportadas por depositantes; la designación sistemática primaria es \(ClF_3\).)
Aplicaciones Industriales y Comerciales
Roles Funcionales y Sectores de Uso
El trifluoruro de cloro se utiliza principalmente como un potente agente fluorante y oxidante en procesos donde se requiere una fluoración agresiva no acuosa. Los roles industriales clave incluyen: - Agente fluorante para etapas de conversión en química inorgánica especializada y organofluorada. - Reactivo en el procesamiento de ciclos de combustible nuclear para la conversión de uranio a hexafluoruro de uranio gaseoso. - Oxidante hipergólico / iniciador en ciertas investigaciones de propulsión de cohetes y aplicaciones históricas de propulsores. - Agente grabador para silicio y materiales relacionados en la fabricación de semiconductores y fotovoltaicos (grabado de silicio a baja temperatura). - Inhibidor de pirólisis y agente de tratamiento en algunos procesos de fluoropolímeros.
Ejemplos Típicos de Aplicación
Aplicaciones representativas en la práctica: - Conversión de fluoruros metálicos u oxyfluoruros durante el reprocesamiento de combustible nuclear a fluoruros volátiles. - Fluoración controlada de sustratos inorgánicos robustos donde los reactivos fluorantes más suaves son ineficaces. - Uso como componente oxidante o iniciador en formulaciones de propelentes o incendiarios bajo condiciones estrictamente controladas (usos históricos y de nicho). - Grabado seco a baja temperatura de silicio monocristalino en etapas especializadas de procesos de semiconductores.
No existe un resumen conciso de aplicaciones del producto que pueda sustituir la evaluación de seguridad y compatibilidad específica del proceso; la selección está determinada por la combinación única de poder fluorante extremo y compatibilidad limitada en su manejo.
Resumen de Seguridad y Manipulación
Peligros para la Salud y el Medio Ambiente
- Peligro por inhalación aguda: los vapores son altamente irritantes y potencialmente fatales. Los valores reportados de toxicidad por inhalación aguda incluyen LC50 (rata) ~\(299\,\mathrm{ppm}/1\,\mathrm{h}\) y LC50 ratón \(178\,\mathrm{ppm}/1\,\mathrm{h}\).
- Límites de exposición ocupacional: recomendaciones y límites máximos comúnmente citados son \(0.1\,\mathrm{ppm}\) (valor de techo) para exposición ocupacional (según diversas directrices de exposición); los valores IDLH se reportan en el rango de \(12\)–\(20\,\mathrm{ppm}\).
- AEGL (valores de ejemplo para exposiciones de corta duración): 10 min — \(0.12\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-1), \(8.1\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-2), \(84\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-3); los valores para exposiciones más prolongadas muestran umbrales AEGL-2/3 reducidos.
- Corrosividad: el líquido y el vapor concentrado causan quemaduras severas en piel y ojos y pueden producir lesiones tisulares profundas; la inhalación puede causar edema pulmonar y daños respiratorios graves; puede ocurrir toxicidad sistémica por fluoruro debido a la formación de especies fluoradas solubles.
- Toxicidad ambiental: muy tóxico para la vida acuática; su liberación al agua genera especies corrosivas y tóxicas incluyendo \(HF\) y óxidos de cloro.
- Comportamiento frente al fuego/explosión: la sustancia no es inflamable pero es un fuerte oxidante que puede sostener y en muchos casos iniciar la combustión de materia orgánica y muchos materiales no combustibles; el contacto con agua u orgánicos puede ser violentamente exotérmico o explosivo. Los recipientes expuestos al fuego pueden fragmentarse o “desprenderse a chorro”.
Las medidas de primeros auxilios son de emergencia y dirigidas a los síntomas: retirada inmediata de la exposición, irrigación abundante en caso de contacto con piel/ojos, soporte respiratorio y evaluación médica rápida para posibles lesiones pulmonares. El manejo médico de efectos sistémicos relacionados con fluoruro incluye cuidados sintomáticos/soporte y administración de calcio cuando esté indicada.
Consideraciones para Almacenamiento y Manipulación
- Almacene cilindros y contenedores en un área fresca, seca y bien ventilada, separada de agua, orgánicos, agentes reductores, ácidos, álcalis y metales incompatibles o materiales refractarios. Se prefieren ubicaciones de almacenamiento exteriores o separadas.
- Materiales de construcción: la evaluación de compatibilidad es crítica; sílice, muchos polímeros y ciertos metales y óxidos metálicos son incompatibles. Los procedimientos y equipos deben estar libres de residuos orgánicos y humedad; las líneas y recipientes deben ser purgados y secados con gas inerte antes del contacto.
- Controles de manipulación: utilice ventilación localizada con extracción forzada y sistemas de detección de fugas; limite el acceso y establezca medidas de aislamiento de emergencia. Mantenga dispositivos de sujeción para cilindros y protecciones de alivio de presión adecuadas para gases comprimidos licuados.
- Equipo de protección personal: aparato de respiración autónomo con presión positiva (SCBA) para intervenciones de emergencia; trajes químicos completos y protección facial para posibles contactos; estaciones de lavado ocular y duchas de emergencia disponibles para exposición líquida.
- Respuesta ante derrames e incendios: aislar el área y evacuar según sea necesario; evitar acumulación en zonas bajas; no dirigir agua a la fuente líquida (el contacto con agua puede ser violentamente reactivo) pero la pulverización o niebla de agua puede usarse con precaución para dispersar vapores o enfriar contenedores adyacentes cuando esté recomendado por procedimientos de emergencia. No utilizar extintores químicos secos comunes sobre el material; la intervención sobre tanques debe realizarse desde la máxima distancia segura o por especialistas con sistemas no tripulados.
- Residuos y descontaminación: no intentar neutralización ni contacto con materiales incompatibles; especialistas deben realizar la neutralización y disposición conforme a las regulaciones sobre residuos peligrosos; evitar introducir agua en equipos contaminados salvo como parte de sistemas de neutralización validados.
Para orientación detallada, específica a la situación, sobre peligros, transporte y regulación, consulte la ficha de datos de seguridad del producto y la legislación local aplicable.
