Trifluoreto de cloro (7790-91-2) Propriedades Físicas e Químicas

Perfil Químico

Trifluoreto de cloro

Um agente fluorante interhalogênio altamente reativo, tipicamente fornecido como gás comprimido liquefeito; requer materiais especializados, procedimentos de manuseio e controle de qualidade do fornecedor para uso industrial.

Número CAS	7790-91-2
Família	Composto interhalogênio (fluoreto de halogênio)
Forma Típica	Gás comprimido liquefeito
Graus Comerciais Comuns	EP

Usado em processos industriais especializados de fluorinação e tratamento de superfícies, incluindo limpeza de reatores e certas aplicações de gravação em semicondutores; a aquisição e formulação devem considerar a compatibilidade dos materiais, contenção dedicada e garantia de qualidade do fornecedor. O manuseio e armazenamento requerem controles de engenharia e sistemas resistentes à corrosão devido à sua reatividade agressiva com materiais orgânicos, água e muitos metais.

O trifluoreto de cloro é um composto interhalogênio covalente da classe dos halogênios, formalmente o fluoreto de cloro com fórmula empírica \(ClF_3\). Estruturalmente, deriva de um arranjo trigonal bipiramidal de domínios eletrônicos em torno do átomo central de cloro com dois pares isolados equatoriais, conferindo geometria molecular em forma de T e densidade eletrônica anisotrópica significativa. A molécula é altamente eletronegativa devido aos três substituintes fluorados; apesar da carga líquida formal zero, apresenta comportamento extremamente forte como agente oxidante e fluorante, em vez da acidez/básicidade clássica de Brønsted.

Como um gás molecular de baixo ponto de ebulição que pode ser liquefeito sob pressão moderada, o trifluoreto de cloro é apolar no sentido de área superficial dipolar formal zero, mas eletronicamente ativado para reações de oxidação e fluorinação. Hidrolisa violentamente com água, produzindo fluoreto de hidrogênio e diversos óxidos de cloro ou cloro elementar, e reage exotermicamente e frequentemente de forma espontânea com materiais orgânicos, muitos metais e óxidos metálicos, além de materiais refratários. Essas propriedades fundamentam seu uso onde são requeridas fluorinação agressiva ou oxidação hipergólica, ditando controles rigorosos de materiais de construção, armazenamento e manuseio em ambientes industriais.

Os graus comerciais comuns relatados para essa substância incluem: EP.

Propriedades Físicas Básicas

Densidade

Valores de densidade reportados variam com a fase e a temperatura. Valores experimentais representativos incluem: - Líquido: \(1.85\) (relatado a \(51.8\,^\circ\mathrm{F}\)); observou-se ser mais denso que a água e afundará. - Líquido (no ponto de ebulição): \(1.825\,\mathrm{g}\,\mathrm{mL}^{-1}\). - Gás (densidade relativa): densidade do vapor ~\(3.21\) (ar = 1); densidade do gás reportada como \(3.14\,\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\). - Sólido: densidade \(2.530\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\) (a \(153\,\mathrm{K}\)).

Esses valores refletem um empacotamento compacto nas fases condensadas e um vapor consideravelmente mais pesado que o ar; o escape do gás tende a se acumular em regiões baixas.

Ponto de Fusão ou Decomposição

Temperatura de fusão/solidificação: \(-76.34\,^\circ\mathrm{C}\) (equivalente a \(-105\,^\circ\mathrm{F}\)).
Decomposição térmica: decompõe-se acima de \(220\,^\circ\mathrm{C}\) podendo causar falha do recipiente ou explosão ao aquecer.

A substância apresenta ponto de fusão baixo consistente com um pequeno interhalogênio molecular e se decompõe em temperaturas elevadas em uma mistura de espécies de halogênios e óxidos halogenados.

Solubilidade em Água

O trifluoreto de cloro reage com água; não se dissolve como uma molécula neutra estável intacta. A hidrólise ocorre vigorosamente produzindo fluoreto de hidrogênio e óxidos contendo cloro ou cloro elementar com significativa evolução de calor. Consequência prática: o contato direto com água (inclusive gelo) é violentamente reativo e gera produtos aquosos corrosivos e tóxicos.

pH da Solução (Comportamento Qualitativo)

O contato aquoso produz fluoreto de hidrogênio (\(HF\)) e outros produtos ácidos de decomposição; sistemas aquosos contaminados por trifluoreto de cloro tornam-se fortemente ácidos e altamente corrosivos. Não existe medição direta de equilíbrio de \(\mathrm{pH}\) de solução estável de ClF\(_3\) porque o composto reage em vez de formar solução molecular dissolvida estável.

Propriedades Químicas

Comportamento Ácido–Base

O trifluoreto de cloro não é um ácido ou base convencional de Brønsted isolado. Sua interação com meios próticos é dominada pela hidrólise e oxidação: reação com água produz \(HF\) e óxidos de cloro ou \(Cl_2\), formando misturas fortemente ácidas e corrosivas. Na prática, os efeitos de pH em sistemas aquosos são consequência secundária dos produtos de hidrólise e não dissociação ácido-base intrínseca da molécula parenta.

Reatividade e Estabilidade

Forte agente oxidante e fluorante agressivo; capaz de oxidar ou fluorinar uma ampla gama de substratos orgânicos e inorgânicos.
Reações violentas ou explosivas relatadas com água, materiais orgânicos, combustíveis, muitos metais e óxidos metálicos, halocarbonetos, nitrocompostos e certos polímeros; ignição espontânea ao contato com muitos combustíveis é documentada.
Decompõe-se na fase vapor gerando espécies incluindo \(Cl_2\), \(ClF\), \(ClO!F\), \(ClO_2F\), \(ClO_2\) e \(HF\), dependendo da umidade e condições reacionais.
Considerado instável em ar úmido; contato com traços de umidade aumenta reatividade e corrosão (incluindo ataque ao sílica/quartzo).
Início da decomposição: acima de \(220\,^\circ\mathrm{C}\); entalpia de formação e energetica de mudança de fase indicam significativa energia química armazenada (entalpia de formação ~\(164.5\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\), calor de vaporização \(27.50\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\)).

Seleção rigorosa de materiais (metais/ligas compatíveis, evitar orgânicos e materiais silicosos) e exclusão de umidade são essenciais para estabilidade.

Parâmetros Moleculares e Iônicos

Fórmula e Massa Molecular

Fórmula molecular: \(ClF_3\).
Massa molecular: \(92.45\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
Massa exata/monoisotópica: \(91.9640622\).
Área polar superficial topológica (TPSA): \(0\).
XLogP3 calculado: \(2.5\).

A estrutura eletrônica (três átomos de flúor altamente eletronegativos ligados a um cloro central com dois pares isolados) explica a combinação entre métricas de baixa polaridade molecular e reatividade extrema como agente oxidante/fluorante.

Íons Constituintes

O trifluoreto de cloro é uma espécie molecular covalente neutra; não existem íons constituintes no composto intacto em condições normais.

Identificadores e Sinônimos

Números de Registro e Códigos

Número de Registro CAS: 7790-91-2
Número CE: 232-230-4
Número ONU / ID de Transporte: 1749
ID ONU/NA e Guia: UN 1749
Classe de Risco ONU (riscos subsidiários): 2.3 (gás tóxico); Subsidiários: 5.1 (oxidante), 8 (corrosivo)
UNII: 921841L3N0
InChIKey: JOHWNGGYGAVMGU-UHFFFAOYSA-N
ID ChEBI: CHEBI:30123
ID DSSTox da substância: DTXSID90893948

Sinônimos e Nomes Comuns

Sinônimos e designações comuns encontrados em contextos industriais e técnicos incluem: - trifluoreto de cloro - ClF3 - trifluoroclorina - trifluoro-lambda3-clorano - clorotrifluoreto - trifluorido de cloro

(Existem várias variações históricas e fornecidas por depositantes; a designação sistemática primária é \(ClF_3\).)

Aplicações Industriais e Comerciais

Funções Funcionais e Setores de Uso

O trifluoreto de cloro é utilizado principalmente como um potente agente fluorante e oxidante onde se requer fluorinação agressiva em meio não aquoso. Os principais papéis industriais incluem: - Agente fluorante para etapas de conversão na química inorgânica especial e de organofluorados. - Reagente de processamento em ciclos de combustível nuclear para conversão de urânio em hexafluoreto de urânio gasoso. - Oxidante hipergólico / ignitor em certas pesquisas de propulsão de foguetes e aplicações históricas de propelentes. - Agente de ataque para silício e materiais correlatos na fabricação de semicondutores e fotovoltaicos (ataque de silício em baixa temperatura). - Inibidor de pirólise e agente de tratamento em alguns processos de fluoropolímeros.

Exemplos Típicos de Aplicação

Aplicações representativas na prática: - Conversão de fluoretos metálicos ou oxyfluoretos durante a reprocessamento de combustível nuclear para fluoretos voláteis. - Fluoração controlada de substratos inorgânicos robustos onde reagentes fluorantes mais brandos são ineficazes. - Uso como componente oxidante ou iniciador em formulações de propelentes ou incendiários sob condições rigorosamente controladas (usos históricos e de nicho). - Ataque seco em baixa temperatura de silício monocristalino em etapas especializadas de processos para semicondutores.

Nenhum resumo conciso de aplicação do produto pode substituir a avaliação de segurança e compatibilidade específica para cada processo; a seleção é guiada pela combinação única de extremo poder fluorante e limitada compatibilidade de manuseio.

Visão Geral de Segurança e Manuseio

Riscos à Saúde e ao Meio Ambiente

Perigo agudo por inalação: vapores são altamente irritantes e potencialmente fatais. Valores relatados de toxicidade aguda por inalação incluem LC50 (rato) ~\(299\,\mathrm{ppm}/1\,\mathrm{h}\) e LC50 (camundongo) \(178\,\mathrm{ppm}/1\,\mathrm{h}\).
Limites de exposição ocupacional: recomendações de teto e limites comumente citados são \(0,1\,\mathrm{ppm}\) (valor teto) para exposição ocupacional (conforme diversas diretrizes de exposição); valores IDLH são relatados na faixa de \(12\)–\(20\,\mathrm{ppm}\).
AEGL (exemplo de valores para curta duração): 10 min — \(0,12\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-1), \(8,1\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-2), \(84\,\mathrm{ppm}\) (AEGL-3); valores para durações maiores evidenciam limiares reduzidos para AEGL-2/3.
Corrosividade: líquido e vapor concentrado causam queimaduras severas na pele e nos olhos, podendo produzir lesões em tecidos profundos; a inalação pode causar edema pulmonar e lesão respiratória grave; toxicidade sistêmica por fluoreto pode ocorrer pela formação de espécies fluoradas solúveis.
Toxicidade ambiental: muito tóxico para a vida aquática; liberação em água gera espécies corrosivas e tóxicas incluindo \(HF\) e óxidos de cloro.
Comportamento em incêndio/explosão: a substância não é inflamável, mas é um oxidante forte que pode suportar e em muitos casos iniciar combustão de matéria orgânica e muitos materiais que normalmente não são combustíveis; contato com água ou compostos orgânicos pode ser violentamente exotérmico ou explosivo. Recipientes expostos a fogo podem romper-se ou “decolar”.

Medidas de primeiros socorros são emergenciais e baseadas nos sintomas: remoção imediata da exposição, irrigação abundante para contato com pele/olhos, suporte respiratório e avaliação médica rápida para possível lesão pulmonar. Manejo médico dos efeitos sistêmicos relacionados ao fluoreto inclui cuidados sintomáticos/supportivos e administração de cálcio quando indicado.

Considerações para Armazenamento e Manuseio

Armazenar cilindros e recipientes em local fresco, seco e bem ventilado, separado de água, compostos orgânicos, agentes redutores, ácidos, álcalis e metais incompatíveis ou materiais refratários. Locais externos ou separados são preferíveis.
Materiais de construção: avaliação de compatibilidade é crítica; sílica, muitos polímeros e certos metais e óxidos metálicos são incompatíveis. Procedimentos e equipamentos devem estar livres de resíduos orgânicos e umidade; linhas e vasos devem ser purgados e secos com gás inerte antes do contato.
Controles de manuseio: utilizar ventilação local exaustora projetada e sistemas de detecção de vazamentos; restringir acesso e prover medidas de isolamento emergencial. Manter dispositivos de contenção para cilindros e proteções contra sobrepressão adequadas para gases comprimidos liquefeitos.
Equipamento de proteção individual: aparelho de respiração autônomo (SCBA) de pressão positiva para intervenções emergenciais; trajes químicos completos e proteção facial para contato potencial; disponibilizar facilmente lava-olhos e chuveiros de emergência para exposição a líquidos.
Resposta a derramamentos e incêndio: isolar a área e evacuar conforme necessário; evitar acúmulo em áreas baixas; evitar direcionar água diretamente à fonte líquida (o contato com água pode ser violentamente reativo), entretanto spray ou névoa de água podem ser usados cautelosamente para dispersar vapores ou resfriar recipientes vizinhos conforme protocolos de emergência. Não usar extintores químicos secos comuns no material propriamente dito; combate a incêndios envolvendo tanques deve ser realizado à máxima distância segura ou por especialistas utilizando sistemas não tripulados.
Descarte e descontaminação: não tentar neutralização ou contato com materiais incompatíveis; neutralização e descarte devem ser realizados por especialistas em conformidade com regulamentos de resíduos perigosos; evitar introduzir água em equipamentos contaminados exceto como parte de sistemas validados de neutralização.

Para orientações detalhadas específicas à situação, transporte e regulamentação, consulte a Ficha de Dados de Segurança do produto e a legislação local aplicável.