Trifluoreto de nitrogênio - Nitrogen trifluoride

Trifluoreto de nitrogênio
Trifluoreto de nitrogênio
Trifluoreto de nitrogênio
Nomes
Nome IUPAC
Trifluoreto de nitrogênio
Outros nomes
Nitrogênio fluoreto
Trifluoramina
Trifluoramônia
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.029.097 Edite isso no Wikidata
Número EC
1551
Número RTECS
UNII
Número ONU 2451
  • InChI = 1S / F3N / c1-4 (2) 3 VerificaY
    Chave: GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N VerificaY
  • InChI = 1 / F3N / c1-4 (2) 3
    Chave: GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYAA
  • FN (F) F
Propriedades
NF 3
Massa molar 71,00 g / mol
Aparência gás incolor
Odor mofado
Densidade 3,003 kg / m 3 (1 atm, 15 ° C)
1,885 g / cm 3 (líquido no bp)
Ponto de fusão −207,15 ° C (−340,87 ° F; 66,00 K)
Ponto de ebulição −129,06 ° C (−200,31 ° F; 144,09 K)
0,021 g / 100 mL
Pressão de vapor 44,0 atm (−38,5 ° F ou −39,2 ° C ou 234,0 K)
1,0004
Estrutura
trigonal piramidal
0,234 D
Termoquímica
53,26 J / (mol · K)
260,3 J / (mol · K)
Entalpia de
formação
padrãof H 298 )
−31,4 kJ / mol
−109 kJ / mol
-84,4 kJ / mol
Perigos
Ficha de dados de segurança Ar líquido
NFPA 704 (diamante de fogo)
1
0
0
Ponto de inflamação Não inflamável
Dose ou concentração letal (LD, LC):
2.000 ppm (camundongo, 4  h )
9.600 ppm (cão, 1 h)
7.500 ppm (macaco, 1 h)
6.700 ppm (rato, 1 h)
7.500 ppm (camundongo, 1 h)
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA):
PEL (permitido)
TWA 10 ppm (29 mg / m 3 )
REL (recomendado)
TWA 10 ppm (29 mg / m 3 )
IDLH (perigo imediato)
1000 ppm
Compostos relacionados
Outros ânions
tricloreto de
nitrogênio tribrometo de
nitrogênio triiodeto de
amônia
Outros cátions
trifluoreto de fósforo
arsênio trifluoreto de
antimônio trifluoreto de
bismuto trifluoreto de bismuto
Fluorazanos binários relacionados
tetrafluorohidrazina
Compostos relacionados
difluoreto de dinitrogênio
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

Trifluoreto de nitrogênio ( NF
3
) é um gás tóxico inorgânico , incolor, não inflamável , com um odor ligeiramente mofado. Ele encontra cada vez mais uso na fabricação de monitores de tela plana , fotovoltaicos , LEDs e outros microeletrônicos . O trifluoreto de nitrogênio também é um gás de efeito estufa extremamente forte e de longa duração . Sua carga atmosférica ultrapassou 2 partes por trilhão durante 2019 e dobrou a cada cinco anos desde o final do século 20.

Síntese e reatividade

O trifluoreto de nitrogênio não existia em quantidades significativas na Terra antes de sua síntese pelo homem. É um exemplo raro de flúor binário que pode ser preparado diretamente dos elementos apenas em condições muito incomuns, como uma descarga elétrica. Depois de tentar a síntese pela primeira vez em 1903, Otto Ruff preparou trifluoreto de nitrogênio pela eletrólise de uma mistura fundida de fluoreto de amônio e fluoreto de hidrogênio . Ele provou ser muito menos reativo do que os outros trihaletos de nitrogênio , tricloreto de nitrogênio , tribrometo de nitrogênio e triiodeto de nitrogênio , todos explosivos. Sozinho entre os trihaletos de nitrogênio, tem entalpia de formação negativa. É preparado nos tempos modernos tanto pela reação direta de amônia e flúor quanto por uma variação do método de Ruff. É fornecido em cilindros pressurizados.

NF
3
é ligeiramente solúvel em água sem sofrer reação química. É não básico com um baixo momento de dipolo de 0,2340 D. Em contraste, a amônia é básica e altamente polar (1,47 D). Essa diferença surge dos átomos de flúor agindo como grupos de retirada de elétrons, atraindo essencialmente todos os pares de elétrons solitários do átomo de nitrogênio. O NF 3 é um oxidante potente, porém lento.

Oxida o cloreto de hidrogênio em cloro:

2 NF 3 + 6 HCl → 6 HF + N 2 + 3 Cl 2

É compatível com aço e Monel , além de diversos plásticos. Ele se converte em tetrafluoro - hidrazina em contato com metais, mas apenas em altas temperaturas:

2 NF 3 + Cu → N 2 F 4 + CuF 2

O NF 3 reage com o pentafluoreto de flúor e antimônio para dar o sal de tetrafluoroamônio :

NF 3 + F 2 + SbF 5 → NF+
4
SbF-
6

Formulários

O trifluoreto de nitrogênio é usado principalmente para remover silício e compostos de silício durante a fabricação de dispositivos semicondutores, como monitores LCD , algumas células solares de filme fino e outros microeletrônicos. Nessas aplicações NF
3
é inicialmente decomposto dentro de um plasma . Os radicais de flúor resultantes são os agentes ativos que atacam o polissilício , o nitreto de silício e o óxido de silício . Eles podem ser utilizados, assim como para remover o silicieto de tungsténio , tungsténio , e alguns outros metais. Além de servir como um agente de condicionamento na fabricação de dispositivos, a NF
3
também é amplamente utilizado para limpar câmaras PECVD .

NF
3
dissocia-se mais facilmente dentro de uma descarga de baixa pressão em comparação com compostos perfluorados (PFCs) e hexafluoreto de enxofre ( SF
6
) A maior abundância de radicais livres carregados negativamente assim gerados pode render taxas de remoção de silício mais altas e fornecer outros benefícios de processo, como menos contaminação residual e uma tensão de carga líquida mais baixa no dispositivo que está sendo fabricado. Como um agente de limpeza e corrosão um pouco mais completamente consumido, o NF 3 também foi promovido como um substituto ambientalmente preferível para SF
6
ou PFCs como hexafluoroetano .

A eficiência de utilização dos produtos químicos aplicados em processos de plasma varia amplamente entre equipamentos e aplicações. Uma fração considerável dos reagentes é desperdiçada no fluxo de exaustão e pode, em última instância, ser emitida para a atmosfera terrestre. Os sistemas modernos de redução podem diminuir substancialmente as emissões atmosféricas. NF
3
não está sujeito a restrições de uso significativas. O relatório anual da NF
3
A produção, o consumo e as emissões de resíduos por grandes fabricantes têm sido exigidos em muitos países industrializados como uma resposta ao crescimento atmosférico observado e ao Protocolo internacional de
Kyoto .

O gás flúor altamente tóxico (F 2 , flúor diatômico ) é um substituto neutro para o clima do trifluoreto de nitrogênio em algumas aplicações de manufatura. Requer um manuseio mais rigoroso e precauções de segurança, especialmente para proteger o pessoal de fabricação.

O trifluoreto de nitrogênio também é usado em lasers de fluoreto de hidrogênio e fluoreto de deutério , que são tipos de lasers químicos . Lá, também é preferido ao gás flúor devido às suas propriedades de manuseio mais convenientes

Gás de efeito estufa

O crescimento na concentração atmosférica de NF 3 desde a década de 1990 é mostrado no gráfico à direita, junto com um subconjunto de gases semelhantes produzidos pelo homem. Observe a escala do log.

NF
3
é um gás de efeito estufa , com potencial de aquecimento global (GWP) 17.200 vezes maior que o do CO
2
quando comparado ao longo de um período de 100 anos. Seu GWP o coloca atrás apenas de SF
6
no grupo de gases de efeito estufa reconhecidos por Kyoto , e NF
3
foi incluída nesse agrupamento com efeitos a partir de 2013 e início do segundo período de compromisso do Protocolo de Quioto. Tem uma vida útil atmosférica estimada de 740 anos, embora outro trabalho sugira uma vida ligeiramente mais curta de 550 anos (e um PAG correspondente de 16.800).

Embora NF
3
tem um alto GWP, por muito tempo seu forçamento radiativo na atmosfera da Terra foi considerado pequeno, presumindo espúrio que apenas pequenas quantidades são liberadas na atmosfera. Aplicações industriais de NF
3
rotineiramente decompô-lo, enquanto no passado usava compostos regulamentados, como SF
6
e PFCs foram lançados com frequência. A pesquisa questionou as suposições anteriores. Aplicações de alto volume, como produção de memória DRAM para computador, fabricação de monitores de tela plana e produção em grande escala de células solares de película fina usam NF
3
.

Concentração de trifluoreto de nitrogênio em várias latitudes desde 2015.

Desde 1992, quando menos de 100 toneladas foram produzidas, a produção cresceu para cerca de 4.000 toneladas em 2007 e prevê-se que aumente significativamente. A produção mundial de NF 3 deve atingir 8.000 toneladas por ano em 2010. De longe, o maior produtor mundial de NF
3
é a empresa norte-americana de gás e produtos químicos Air Products & Chemicals . Estima-se que 2% do NF produzido
3
é lançado na atmosfera. Robson projetou que a concentração atmosférica máxima é inferior a 0,16 partes por trilhão (ppt) por volume, o que fornecerá menos de 0,001 Wm −2 de forçante de IV. A concentração troposférica média global de NF 3 aumentou de cerca de 0,02 ppt (partes por trilhão, fração molar de ar seco) em 1980 para 0,86 ppt em 2011, com uma taxa de aumento de 0,095 ppt ano -1 , ou cerca de 11% por ano, e um gradiente inter-hemisférico que é consistente com as emissões que ocorrem predominantemente no Hemisfério Norte, como esperado. Essa taxa de aumento em 2011 corresponde a cerca de 1200 toneladas métricas / ano de emissões de NF
3 globalmente, ou cerca de 10% das estimativas de produção global de NF 3 . Esta é uma porcentagem significativamente maior do que a estimada pela indústria e, portanto, fortalece a necessidade de inventariar a produção de NF 3 e regular suas emissões. Um estudo coautorizado por representantes da indústria sugere que a contribuição das emissões de NF 3 para o orçamento geral de gases de efeito estufa da fabricação de células solares de Si de película fina é clara.

A UNFCCC , no contexto do Protocolo de Quioto, decidiu incluir trifluoreto de nitrogênio no segundo período de conformidade do Protocolo de Quioto , que começa em 2012 e termina em 2017 ou 2020. Seguindo o exemplo, o Protocolo WBCSD / WRI GHG está alterando todos os seus padrões (corporativo, produto e escopo 3) para cobrir também a NF 3 .

Segurança

Contato com a pele com NF
3
não é perigoso e é um irritante relativamente menor para as membranas mucosas e os olhos. É um irritante pulmonar com toxicidade consideravelmente menor do que os óxidos de nitrogênio , e a superexposição por inalação causa a conversão da hemoglobina no sangue em metemoglobina , o que pode levar à metemoglobinemia . O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) especifica que a concentração que é imediatamente perigosa para a vida ou saúde (valor IDLH) é 1.000 ppm.

Veja também

Notas

Referências

links externos


NH 3
N 2 H 4
Ele (N 2 ) 11
Li 3 N Seja 3 N 2 BN β-C 3 N 4
g-C 3 N 4
C x N y
N 2 N x O y NF 3 Ne
Na 3 N Mg 3 N 2 AlN Si 3 N 4 PN
P 3 N 5
S x N y
SN
S 4 N 4
NCl 3 Ar
K 3 N Ca 3 N 2 ScN Lata VN CrN
Cr 2 N
Mn x N y Fe x N y Vigarista Ni 3 N CuN Zn 3 N 2 GaN Ge 3 N 4 Como Se NBr 3 Kr
Rb Sr 3 N 2 YN ZrN NbN β-Mo 2 N Tc Ru Rh PdN Ag 3 N CdN Pousada Sn Sb Te NI 3 Xe
Cs Ba 3 N 2   Hf 3 N 4 Bronzeado WN Os Ir Pt Au Hg 3 N 2 TlN Pb BiN Po No Rn
Fr Ra 3 N 2   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
La CeN PrN WL PM Sm Eu GdN Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac º Pa U 2 N 3 Np Pu Sou Cm Bk Cf Es Fm Md Não Lr