삼플루오라이드 염소 (7790-91-2) 물리적 및 화학적 특성
삼플루오라이드 염소
일반적으로 액화 압축 가스로 공급되는 고반응성 할로겐간 화합물 플루오린화제; 산업용으로는 특수 재료, 취급 절차 및 공급자 품질 관리가 요구됨.
| CAS 번호 | 7790-91-2 |
| 분류 | 할로겐간 화합물 (할로겐 플루오르화물) |
| 일반 형태 | 액화 압축 가스 |
| 일반 등급 | EP |
삼플루오라이드 염소는 할로겐 급의 공유 결합을 가진 할로겐간 화합물로, 형식상 염소의 플루오린화물이며 경험식은 \(ClF_3\)이다. 구조적으로 중심 염소 원자 주변에 두 개의 평형 외 전자쌍을 가진 삼각 쌍뿔형 전자 영역 배열에서 유도되어 T자형 분자 기하 구조와 상당한 비등방성 전자 밀도를 가진다. 세 개의 플루오린 치환기로 인해 분자는 매우 전자를 끌어당기며, форм적으로 순 전하가 0임에도 불구하고 고전적 브뢴스테드 산염기성보다는 극도로 강한 산화 및 플루오린화 활성을 나타낸다.
저비점 분자 가스로서 온건한 압력 하에서 액화될 수 있으며, 형식상 순극성 표면적은 0으로 비극성이지만 산화 및 플루오린화 반응에 전자적으로 활성화되어 있다. 물과 급격하게 가수분해하여 불화수소 및 다양한 염소 산화물 또는 원자 염소를 생성하며, 유기물, 여러 금속 및 금속 산화물, 내화재료와 발열적이고 종종 자발적으로 반응한다. 이러한 특성은 공격적인 플루오린화 또는 과급 산화가 요구되는 경우에 사용되며, 산업 현장에서는 엄격한 건설 재료, 저장 및 취급 제어가 필수적임을 의미한다.
이 물질의 일반 상업 등급은 EP로 보고된다.
기본 물리적 특성
밀도
보고된 밀도 값은 상과 온도에 따라 다르다. 대표적인 실험 값은 다음과 같다: - 액상: \(1.85\) (보고 온도 \(51.8\,^\circ\mathrm{F}\))로, 물보다 밀도가 높아 가라앉음. - 끓는점에서 액상: \(1.825\,\mathrm{g}\,\mathrm{mL}^{-1}\). - 기체 (상대 밀도): 증기 밀도 약 \(3.21\) (공기 = 1); 기체 밀도는 \(3.14\,\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\)로 보고됨. - 고체: \(2.530\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\) (온도 \(153\,\mathrm{K}\)).
이 값들은 응축 상에서의 치밀한 포장과 대기보다 훨씬 무거운 증기를 반영하며, 가스 방출 시에는 저지대에 축적되는 경향이 있다.
융점 또는 분해점
- 융점/고체화 온도: \(-76.34\,^\circ\mathrm{C}\) (동등 온도 \(-105\,^\circ\mathrm{F}\)).
- 열분해: \(220\,^\circ\mathrm{C}\) 이상에서 분해하며 가열 시 용기 파손이나 폭발을 일으킬 수 있음.
이 물질은 작은 분자 할로겐간 화합물에 걸맞은 낮은 융점을 갖고 있으며 높은 온도에서 할로겐 및 할로겐 산화물 혼합물로 분해된다.
수용성
삼플루오라이드 염소는 물과 반응하며 안정한 중성 분자로서 용해되지 않는다. 가수분해는 격렬하게 진행되어 불화수소 및 염소 함유 산화물 또는 원자 염소를 생성하며 상당한 열을 방출한다. 실질적인 결과로, 물(얼음 포함)과 직접 접촉 시 격렬한 반응 및 부식성 및 독성 수용성 생성물이 발생한다.
용액의 pH (정성적 거동)
수용 접촉 시 불화수소(\(HF\)) 및 기타 산성 분해 생성물이 발생하며, 삼플루오라이드 염소로 오염된 수계는 강산성 및 높은 부식성을 나타낸다. 안정적인 ClF\(_3\) 용액의 직접적인 평형 pH 측정치는 없는데, 이는 화합물이 안정용해 된 분자 용액을 형성하기보다 반응하기 때문이다.
화학적 특성
산-염기 거동
삼플루오라이드 염소는 단독으로는 일반적인 브뢴스테드 산이나 염기가 아니다. 프로틱 매질과의 상호작용은 주로 가수분해와 산화에 의해 지배된다: 물과 반응하여 \(HF\) 및 염소 산화물이나 \(Cl_2\)를 생성해 강한 산성, 부식성 혼합물을 만든다. 실제로 수용액에서의 pH 영향은 모 분자의 본질적 산-염기 해리보다는 가수분해 생성물의 2차적 결과이다.
반응성 및 안정성
- 강력한 산화제 및 공격적 플루오린화제; 다양한 무기 및 유기 기질을 산화하거나 플루오린화할 수 있음.
- 물, 유기물, 연료, 다수 금속 및 금속 산화물, 할로카본, 니트로 화합물 및 특정 고분자와 폭발적 또는 격렬한 반응 보고됨; 많은 가연물과 접촉 시 자발적 점화가 문서화됨.
- 수증기 상에서 \(Cl_2\), \(ClF\), \(ClO!F\), \(ClO_2F\), \(ClO_2\), \(HF\) 등 다양한 종으로 분해됨(수분 및 반응 조건에 따라 달라짐).
- 습기가 있는 공기 중에서 불안정으로 간주되며, 미량의 수분과 접촉 시 반응성 및 부식성(규소/석영 공격 포함)이 증가함.
- 분해 시작 온도: \(220\,^\circ\mathrm{C}\) 이상; 생성 열 및 상변화 에너지는 상당한 화학에너지 축적을 나타냄 (생성 열 약 \(164.5\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\), 증발열 \(27.50\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\)).
안정성을 위해 엄격한 재료 선택(적합한 금속/합금, 유기물 및 규소 함유 재료 회피) 및 수분 배제가 필수적이다.
분자 및 이온 매개변수
분자식 및 분자량
- 분자식: \(ClF_3\).
- 분자량: \(92.45\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- 정확/단일동위원소 질량: \(91.9640622\).
- 위상 극성 표면적 (TPSA): \(0\).
- 계산된 XLogP3: \(2.5\).
중심 염소에 결합된 세 개의 고전기성 플루오린 원자와 두 개의 고립 전자쌍의 전자 구조가 낮은 분자 극성 지표와 극단적 산화/플루오린화 반응성을 이루는 조합을 설명한다.
구성 이온
삼플루오라이드 염소는 중성 공유결합 분자 종으로, 정상 조건 하에서 완전한 화합물 내에 구성 이온은 존재하지 않는다.
식별자 및 동의어
등록 번호 및 코드
- CAS 등록 번호: 7790-91-2
- EC 번호: 232-230-4
- UN 번호 / 운송 ID: 1749
- UN/NA ID 및 가이드: UN 1749
- UN 위험 등급 (부차적 위험): 2.3 (독성 가스); 부차적: 5.1 (산화제), 8 (부식성)
- UNII: 921841L3N0
- InChIKey: JOHWNGGYGAVMGU-UHFFFAOYSA-N
- ChEBI ID: CHEBI:30123
- DSSTox 물질 ID: DTXSID90893948
동의어 및 일반 명칭
산업 및 기술 맥락에서 발견되는 일반 동의어 및 명칭: - chlorine trifluoride - ClF3 - trifluorochlorine - trifluoro-lambda3-chlorane - chlorotrifluoride - trifluoridochlorine
(여러 구식 및 공급자 제공 변형이 존재하며, 주요 체계적 공식 명칭은 \(ClF_3\)임.)
산업 및 상업적 응용
기능적 역할 및 사용 분야
삼플루오르화염소는 주로 강력한 플루오린화제 및 산화제로 사용되며, 공격적이고 비수성 플루오린화가 요구되는 경우에 사용됩니다. 주요 산업적 역할은 다음과 같습니다: - 특수 무기 및 유기플루오린 화학에서 플루오린화 반응 단계의 플루오린화제. - 우라늄을 기체 상태의 헥사플루오르화우라늄으로 전환하는 핵연료 주기 처리 시 시약. - 특정 로켓 추진 연구 및 과거 추진제 응용에서 과발화 산화제/점화제. - 반도체 및 광전지 제조에서 실리콘 및 관련 물질의 식각제(저온 실리콘 식각). - 일부 불소중합체 공정에서 열분해 억제제 및 처리제로 사용.
일반적인 응용 사례
실제 대표적 응용 사례는 다음과 같습니다: - 핵연료 재처리에서 금속 플루오르화물 또는 산화플루오르화물의 휘발성 플루오르화물로의 전환. - 더 온화한 플루오린화제가 효과 없는 견고한 무기 기질의 제어된 플루오린화. - 엄격하게 조절된 조건에서 추진제 또는 가연제 조성물 내 산화 성분 또는 개시제로 사용(과거 및 특수 용도). - 특수 반도체 공정 단계에서 단결정 실리콘의 저온 건식 식각.
간략한 제품 응용 요약은 공정별 안전 및 적합성 평가를 대체할 수 없으며, 극한의 플루오린화력과 제한된 취급 적합성의 독특한 조합에 의해 선택이 결정됩니다.
안전 및 취급 개요
건강 및 환경 유해성
- 급성 흡입 위험: 증기는 매우 자극적이며 치명적일 수 있습니다. 보고된 급성 흡입 독성값은 LC50 (실험 쥐) 약 \(299\,\mathrm{ppm}/1\,\mathrm{h}\), 마우스 LC50 \(178\,\mathrm{ppm}/1\,\mathrm{h}\)입니다.
- 직업 노출 한계: 일반적으로 언급되는 상한 권고치는 직업 노출에 대해 \(0.1\,\mathrm{ppm}\) (상한값)이며, IDLH 값은 \(12\)–\(20\,\mathrm{ppm}\) 범위로 보고됩니다.
- AEGL (예: 단시간 값): 10분 — \(0.12\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-1), \(8.1\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-2), \(84\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-3); 장시간 노출 시 AEGL-2/3 임계치가 감소합니다.
- 부식성: 액체 및 고농도 증기는 심한 피부 및 눈 화상을 유발하며 깊은 조직 손상을 초래할 수 있습니다; 흡입 시 폐부종과 심각한 호흡기 손상을 유발하며, 용해성 플루오린 종의 형성으로 인한 전신 플루오린 독성이 발생할 수 있습니다.
- 환경 독성: 수생 생물에 매우 유독하며, 수계로 유출 시 \(HF\) 및 염소산화물을 포함한 부식성·유독성 종을 생성합니다.
- 화재/폭발 특성: 본 물질 자체는 연소하지 않으나, 강한 산화제로서 유기물 및 다수 비연소성 물질의 연소를 촉진하거나 시작할 수 있습니다; 물 또는 유기물과의 접촉은 격렬한 발열 반응 또는 폭발성 반응을 일으킬 수 있습니다. 화재 노출 시 용기 파열 또는 ‘로켓’ 현상이 발생할 수 있습니다.
응급 처치는 노출 즉시 제거, 피부/눈 접촉 시 다량 세척, 호흡기 지원 및 잠재적 폐 손상에 대한 신속한 의학적 평가를 포함하며, 플루오린 관련 전신 영향의 의학적 관리는 증상 완화 및 필요한 경우 칼슘 투여를 포함합니다.
저장 및 취급 고려사항
- 실린더 및 용기는 냉량하고 건조하며 통풍이 잘 되는 장소에 보관하며, 물, 유기물, 환원제, 산, 알칼리 및 부적합 금속 또는 내화 재료와 분리 보관합니다. 실외 또는 격리된 보관 장소가 권장됩니다.
- 제조 재료: 적합성 평가가 필수적이며 규소, 다수의 고분자, 특정 금속 및 금속 산화물은 부적합합니다. 절차와 장비는 유기 잔류물 및 수분이 없어야 하며, 접촉 전 관로 및 용기는 관성 가스로 세척·건조해야 합니다.
- 취급 통제: 공학적 국부 배기 및 누출 감지 시스템 사용; 출입 제한 및 비상 격리 조치 마련; 액화 압축가스에 적절한 실린더 고정 및 압력 완화 보호 유지.
- 개인 보호 장비: 비상 개입 시 양압식 독립형 호흡기(SCBA); 잠재적 접촉 시 전면 화학 보호복 및 얼굴 보호구; 액체 노출 시 즉시 사용 가능한 세안 및 샤워 시설 확보.
- 누출 및 화재 대응: 현장 격리 및 필요시 대피; 저지대 축적 방지; 액체 원천에 직접 물 분사 금지(물과 접촉 시 격렬한 반응); 응급 절차에 따라 수증기 해산 또는 인접 용기 냉각 목적으로 분무수 또는 안개 사용 가능. 본 물질에 일반 건식 화학 소화기는 사용 금지; 탱크 화재 진압은 최대 안전 거리에서 또는 전문 인력이 무인 장비를 사용해 수행해야 함.
- 폐기 및 오염 제거: 중화 시도 또는 부적합 물질과의 접촉 금지; 전문가가 위험 폐기물 관련 규정을 준수하여 중화 및 폐기해야 하며, 검증된 중화 시스템의 일부가 아닌 이상 오염 장비에 물 도입을 피해야 합니다.
상세하고 상황별로 특화된 위험성, 운송 및 규제 지침은 제품별 안전보건자료(SDS) 및 관련 지역 법규를 참조하십시오.
