Трифторид брома (7787-71-5) Физические и химические свойства

Химический профиль

Трифторид брома

Высокоактивный межгалогенный фторирующий агент и ионизирующий неорганический растворитель, применяемый в специализированных промышленных процессах фторирования и синтеза.

Номер CAS	7787-71-5
Класс веществ	Межгалогенные фториды
Типичная форма	Бесцветная или светло-жёлтая жидкость
Распространённые сорта	EP

Типичные промышленные применения включают мощные реакции фторирования и использование в качестве безводного ионизирующего растворителя для сильно окислительных химических процессов, включая получение неорганических фторидов. Закупка и использование требуют коррозионно-стойких материалов, строгого исключения влаги, а также строгого контроля качества и безопасности технологических процессов.

Трифторид брома — неорганическое межгалогенное соединение галогенов, формально описываемое молекулярной формулой \(\ce{BrF3}\). Структурно это трёхкоординированный центр брома(III), связанный с тремя атомами фтора; электронное строение основывается на тригонально-бипирамидальном расположении с двумя неподелёнными электронными парами на атоме брома, что приводит к видимой Т-образной молекулярной геометрии в газовой и жидкой молекулярной фазах. Сочетание сильно электроотрицательного лиганда и многовалентного атома брома придаёт молекуле выраженный полярный характер, высокую электронную аффинность к нуклеофилам (в первую очередь акцепторам/донорам ионов фторида) и заметную кислотность по Льюису в реакциях переноса фторида.

С химической точки зрения, \(\ce{BrF3}\) является мощным фторирующим и окислительным агентом, а также функционирует как ионизирующий неорганический растворитель для реакций с участием фторида. Он сильно гидролизуется и активно реагирует с соединениями, содержащими водород: при контакте с водой происходит интенсивный гидролиз с выделением коррозионно-активных газов, таких как фтористоводородная и бромистоводородная кислоты. Эти свойства обусловливают коррозионную активность \(\ce{BrF3}\) в отношении многих металлов и органических веществ и способность вызывать взрывчатые или бурные реакции с горючими или содержащими водород соединениями. В промышленности используется в процессах агрессивного фторирования и синтеза металлических фторидов, включая химию урановых фторидов и специализированные технологии фторирования.

Распространённые коммерческие сорта вещества включают: EP.

Основные физические свойства

Плотность

Указанные значения плотности: 2.81 при 68 \(\mathrm{^\circ F}\) (USCG, 1999) — плотность выше, чем у воды; вещество будет тонуть.
Лабораторное значение: 2.8030 \(\mathrm{г\,см^{-3}}\) при 25 \(\mathrm{^\circ C}\).

Комментарий: Плотность жидкости существенно превышает плотность воды, что следует учитывать при обращении и хранении. Приведённые значения основаны на экспериментальных данных для типичных образцов.

Температура плавления или разложения

Температура плавления/затвердевания: 47.8 \(\mathrm{^\circ F}\) (USCG, 1999).
Эквивалентное значение: 8.77 \(\mathrm{^\circ C}\).

Комментарий: При низких температурах \(\ce{BrF3}\) образует длинные призматические кристаллы. Тепловые свойства обусловлены сильными межмолекулярными взаимодействиями и энергией фазового перехода для сильно полярной молекулярной жидкости.

Растворимость в воде

Нет обычного показателя растворимости: \(\ce{BrF3}\) реагирует с водой, а не растворяется без химических превращений. Гидролиз происходит интенсивно и может быть бурным, с выделением HF, HBr и кислорода; следовательно, понятие «растворимость» замещается реакционной деструкцией.

pH раствора (качественная характеристика)

Контакт с водой приводит к образованию сильных гидрофтороводородных кислот (HF, HBr) и вторичных кислотных продуктов; pH не является корректным или безопасным параметром в системах с присутствием \(\ce{BrF3}\) из-за быстрого и агрессивного гидролиза. Любое попадание в водную среду следует рассматривать как воздействие сильнокислотной и опасной среды.

Химические свойства

Кислотно-основное поведение

Трифторид брома не является кислотой Брёнстеда в традиционном понимании, но проявляет свойства сильного Льюисова кислотного и фторирующего агента. Может принимать или отдавать ионы фторида в равновесиях переноса фторида, выступая как окислитель в окислительно-восстановительных реакциях. В средах, богатых фторидами или координирующих ионах, возможна диссоциация на ионные формы (см. раздел «Молекулярные и ионные параметры»); в протонных средах мгновенно подвергается гидролизу с образованием сильнокислотных продуктов.

Реакционная способность и стабильность

Высокая реактивность, сильный окислитель и фторирующее средство.
Бурно реагирует с водой (зарегистрированы взрывчатые реакции), образуя HF и HBr и выделяя кислород; испаряется в воздухе.
Взрывчатые или бурные реакции с органическими веществами, многими металлами, аммониевыми галогенидами и широким спектром восстановителей и соединений, содержащих водород.
Испарения и продукты разложения крайне коррозионно-активны и токсичны (HF, HBr); тепловое разложение при пожаре выделяет те же опасные газы.
Гигроскопичен и чувствителен к воздуху: образцы могут выделять дым и вызывать коррозию металлов при контакте. При обращении и проектировании технологических процессов необходимо учитывать быструю экзотермическую реактивность с влагой и органическими веществами; требуется соблюдение протоколов совместимости материалов и строгий контроль среды инертного газа.

Молекулярные и ионные параметры

Формула и молекулярная масса

Молекулярная формула: \(\ce{BrF3}\).
Молекулярная масса: 136.90.

Дополнительные вычисленные параметры (по данным отчетов): - Точная масса: 135.91355 - Моноизотопная масса: 135.91355 - XLogP3-AA: 2.6 - Топологическая полярная поверхность (TPSA): 0 - Сложность: 8 - Количество тяжёлых атомов: 4 - Формальный заряд: 0 - Количество доноров водородных связей: 0 - Количество акцепторов водородных связей: 3 - Количество вращающихся связей: 0

Составляющие ионы

В стандартных условиях — нейтральная молекула; чистый \(\ce{BrF3}\) не содержит фиксированных ионов.
В фторидных или сильно координирующих средах \(\ce{BrF3}\) подвергается ионизационным равновесиям, образуя оформившиеся в литературе по химии фторидов катионные и анионные фрагменты бромфторидов. На практике ионная сольватация и образование фторидных комплексов являются ключевыми для его функций как ионизирующего неорганического растворителя и реактива переноса фторида.

Идентификаторы и синонимы

Регистрационные номера и коды

Номер CAS: 7787-71-5
Устаревший номер CAS: 12524-63-9
Номер Европейского сообщества (EC): 232-132-1
Номер ООН: 1746
Название при перевозке ООН/НА: Bromine trifluoride
UNII: BD697HEL7X
Идентификатор вещества DSSTox: DTXSID70894170
InChI: InChI=1S/BrF3/c2-1(3)4
InChIKey: FQFKTKUFHWNTBN-UHFFFAOYSA-N
SMILES: FBr(F)F

Синонимы и общеупотребительные названия

Выбор зарегистрированных синонимов и обозначений, используемых в списках поставщиков и нормативных документов: - трифторид брома - фторид брома (BrF3) - трифторо-λ3-броман - BrF3 - Brominetrifluoride - UN-1746 - BD697HEL7X

(Вышеперечисленные идентификаторы и синонимы взяты из сведения регистрационных и поставщических наименований.)

Промышленные и коммерческие применения

Функциональные роли и области применения

Мощный фторирующий агент в неорганическом и специализированном органическом синтезе.
Ионизирующий неорганический растворитель для реакций с участием фторидов и получения более высоких фторидов металлов.
Применяется на этапах обработки в урановой химии, включая образование гексафторида урана при обогащении и переработке.
Используется в качестве окислителя в высокоэнергетических системах и специализированных исследованиях пороховых и окислительных составов.

Типичные примеры применения

Прямое фторирование устойчивых органических субстратов и неорганических прекурсоров, когда требуется агрессивное фторирование с возможностью контроля процесса.
Этапы производства и очистки при преобразовании сырья, содержащего бром или металлы, в соответствующие фториды.
В качестве реагента для синтезов в лабораторном масштабе, требующих безводной, сильно окисляющей фторидной среды. Если отсутствует сводка по конкретному месту применения, выбор основывается на сочетании высокой фторирующей активности, ионизирующих свойств растворителя для фторидной химии и способности формировать металлические фториды при контролируемых инертных условиях.

Обзор мер безопасности и обращения

Опасности для здоровья и окружающей среды

Чрезвычайно опасно при вдыхании и при контакте: коррозийно для кожи, глаз и слизистых оболочек; может вызвать серьёзные ожоги и необратимые повреждения, включая потерю зрения.
Острое вдыхание может вызвать сильное раздражение верхних дыхательных путей, отёк лёгких и смерть при высоких концентрациях.
Хроническое воздействие может привести к системному накоплению галогенидов и неврологическим эффектам, связанным с бромидом.
Продукты разложения или гидролиза (HF, HBr) являются остро токсичными и высоко коррозийными.
Сообщаемый уровень IDLH: 12 ppm.
Уровни руководства по острому воздействию (AEGL) (в ppm):
10 мин: AEGL-1 = 0.12; AEGL-2 = 8.1; AEGL-3 = 84
30 мин: AEGL-1 = 0.12; AEGL-2 = 3.5; AEGL-3 = 36
60 мин: AEGL-1 = 0.12; AEGL-2 = 2.0; AEGL-3 = 21
4 ч: AEGL-1 = 0.12; AEGL-2 = 0.70; AEGL-3 = 7.3
8 ч: AEGL-1 = 0.12; AEGL-2 = 0.41; AEGL-3 = 7.3
При горении и разложении выделяются токсичные и газофазные коррозионные компоненты; стоки могут загрязнять водные источники.

Неотложные меры и первая помощь должны исходить из предположения о тяжелых коррозионных повреждениях дыхательных путей и кожи. Необходимо немедленное медицинское вмешательство при всех значительных воздействиях; стандартом является дезактивация большим количеством воды и специализированное медицинское лечение при повреждениях HF/HBr.