Trifluorur de nitrogen

Trifluorur de nitrogen

Substància química	tipus d'entitat química
Massa molecular	70,998 Da
Estructura química
Fórmula química	F₃N
SMILES canònic	Model 2D N(F)(F)F
Identificador InChI	Model 3D
Propietat
Moment dipolar elèctric	0,235 D
Punt de fusió	−207 ℃ −206,79 ℃
Punt d'ebullició	−129 ℃ (a 760 Torr) −128,75 ℃ (a 101,325 kPa)
Moment dipolar elèctric	0,235 D
Pressió de vapor	1 atm (a 20 ℃)
Perill
Límit d'exposició mitjana ponderada en el temps	29 mg/m³ (10 h, Estats Units d'Amèrica)
IDLH	2.900 mg/m³
Potencial d'escalfament global	17.885
NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ()

Trifluorur de nitrogen és el compost inorgànic amb la fórmula NF₃. Aquest compost de fluor i nitrogen és incolor, inodor i un gas no inflamable. Té un ús creixent en la microelectrònica. El fluorur de nitrogen és un gas amb efecte d'hivernacle extremadament potent.

Síntesi i reactivitat

El trifluorur de nitrogen és un rar exemple d'un flúor binari que es pot preparar directament dels elements només en condicions molt poc freqüents, com ara descàrrega elèctrica.[1] El 1903, Otto Ruff preparà trifluorur de nitrogen per l'electròlisi d'una barreja fosa de fluorur d'amoni i fluorur d'hidrogen.[2]Va resultar ser molt menys reactiu que els altres trihalurs de nitrogen triclorur de nitrogen, tribromur de nitrogen i triiodur de nitrogen, tots ells explosius. Sols entre els trihalurs de nitrogen té una entalpia negativa de formació. Avui, es prepara tant per reacció directa d'amoníac i flúor com per una variació del mètode de Ruff.[3] Es subministra en cilindres pressuritzats.

Reaccions

NF₃ és lleugerament soluble en aigua sense experimentar reacció química. No és bàsic amb un baix moment dipolar de dipòsit de 0,340 D. En canvi, l'amoníac és bàsic i altament polar (1.47 D).[4] Aquesta diferència sorgeix dels àtoms de flúor que actuen com a grups d'extracció d'electrons, atraient essencialment tots els electrons de parells solitaris a l'àtom de nitrogen. NF₃ és un potent però lent oxidant.

Oxiditza el clorur d'hidrogen al clor:

2 NF₃ + 6 HCl → 6 HF + N₂ + 3 Cl₂

Es converteix a tetrafluorohidrazina després del contacte amb metalls, però només a altes temperatures:

2 NF₃ + Cu → N₂F₄ + CuF ₂

NF₃ reacciona amb flúor i pentafluorur d'antimoni per donar la sal tetrafluoroamoni:

2 NF₃ + Cu → N₂F₄ + CuF₂

NF₃ reaccciona amb fluor i pentafluorur d'antimoni per donar la sal tetrafluoroamoni

NF₃ + F₂ + SbF₅ → NF+
4SbF−
6

Aplicacions

El trifluorur de nitrogen s'utilitza en el gravat de plasma de les oblies de silici. Actualment, el trifluorat de nitrogen s'utilitza predominantment en la neteja de les cambres de plasma basat en el vapor químic per plasma (PECVD) en la producció de gran volum de pantalles de cristall líquid i cèl·lules solars de pel·lícula prima a base de silici. En aquestes aplicacions, NF₃ es descompon inicialment "in situ" per un plasma. Els fluids resultants són els agents de neteja actius que ataquen el polisilicònic, nitrur de silici i òxid de silici. El trifluorur de nitrogen també es pot utilitzar amb tungstè produït per CVD. NF₃ ha estat considerat com un substitut preferible per al medi ambient de l'hexafluorur de sofre o perfluorocarbonis tal com hexafluoroetà.[5] La utilització de processos de les substàncies químiques aplicades en processos de plasma és normalment inferior al 20%. Per tant, alguns dels PFC i també alguns dels NF ₃ sempre escapen cap a l'atmosfera. Els sistemes moderns de reducció de gas poden disminuir aquestes emissions.

El flúor elemental s'ha introduït com un substitut ecològic per al trifluorur de nitrogen en la fabricació de pantalles planes i cel·les solars de pel·lícula prima.[6]

El trifluorur de nitrogen també s'utilitza en làsers de fluorur d'hidrogen i làsers de fluorur de deuteri, que són tipus de làser químic. Es prefereix gas flúor a causa de les seves propietats de manipulació convenients, que reflecteixen la seva considerable estabilitat.

És compatible amb acer i Monel, així com diversos plàstics.

Gas amb efecte hivernacle

NF
3 és un gas amb efecte d'hivernacle, amb un potencial global d'escalfament (GWP) 17.200 vegades més gran que el diòxid de carboni [7][8][9] S'estima que té una mitjana de vida a l'atmosfera de 740 anys,[7] altres estudis diuen 550 anys.

Referències

1. Lidin, P. A.; Molochko, V. A.; Andreeva, L. L.. {{{títol}}} (en rus), p. 442–455. ISBN 1-56700-041-X. 
2. Otto Ruff, Joseph Fischer, Fritz Luft «Das Stickstoff-3-fluorid». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 172, 1, 1928, pàg. 417–425. DOI: 10.1002/zaac.19281720132.
3. Philip B. Henderson, Andrew J. Woytek "Fluorine Compounds, Inorganic, Nitrogen" in Kirk‑Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1994, John Wiley & Sons, NY. doi:10.1002/0471238961.1409201808051404.a01 Article Online Posting Date: December 4, 2000
4. Thomas M. Klapötke "Nitrogen–fluorine compounds" Journal of Fluorine Chemistry Volume 127, 2006, pp. 679–687. doi:10.1016/j.jfluchem.2006.03.001
5. H. Reichardt, A. Frenzel and K. Schober «Environmentally friendly wafer production: NF
   3 remote microwave plasma for chamber cleaning». Microelectronic Engineering, 56, 1–2, 2001, pàg. 73–76. DOI: 10.1016/S0167-9317(00)00505-0.
6. «Etch performance of Ar/N₂/F₂ for CVD/ALD chamber clean». Solid State Technology, 52, 2, 2009, pàg. 20–24.
7. «2007: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing». Climate Change 2007: The Physical Sciences Basis. IPCC [Consulta: 3 juliol 2008].
8. Robson, J. I.; Gohar, L. K.; Hurley, M. D.; Shine, K. P.; Wallington, T. «Revised IR spectrum, radiative efficiency and global warming potential of nitrogen trifluoride». Geophys. Res. Lett., 33, 10, 2006, pàg. L10817. Arxivat de l'original el 2012-03-29. Bibcode: 2006GeoRL..3310817R. DOI: 10.1029/2006GL026210 [Consulta: 22 gener 2018].
9. Richard Morgan «Beyond Carbon: Scientists Worry About Nitrogen's Effects». The New York Times, 01-09-2008 [Consulta: 7 setembre 2008].

Enllaços externs

• National Pollutant Inventory – Fluoride and compounds fact sheet a Wayback Machine (archived 22 December 2003^[Date mismatch])
• WebBook page for NF₃
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards