五氟化銻 五氟化銻( Antimony Pentafluoride)是金屬銻的氟化物,為無(wú)機物,化學(xué)式為SbF?。五氟化銻外觀(guān)呈無(wú)色油狀液體,有刺激性氣味,具有高粘性與吸濕性,可溶于過(guò)量水和冰醋酸,也可溶于 氟化鉀 、液態(tài)二氧化硫等。其分子量為216.74,密度為2.99 g/cm3(23 ℃)。 五氟化銻受熱或遇酸時(shí)會(huì )分解放出劇毒氣體 氟氣 。 五氟化銻也具有酸性,是一種路易斯酸, 其可與水反應,發(fā)出聲響并生成五氟化銻二水合物,也可與鹵素、亞硝酰氟、硫和碳酸鈉等物質(zhì)反應,易生成穩定的加合物。
基本信息
性質(zhì)
溶解性
溶于過(guò)量水和冰醋酸,溶于氟化鉀、液態(tài)二氧化硫
危險性
NFPA 7 04
藍4:可能致命。
紅0:在普通火災情況下不會(huì )燃燒。
黃1:通常穩定,但在高溫高壓下不穩定。
五氟化銻可與 氟磺酸 、 氟化氫 等反應制備 超強酸 ; 可在有機化學(xué)中用作 氟化劑 、催化劑,用于制備碳正離子; 可在高分子領(lǐng)域用作聚合物摻雜劑,用于橡膠的制備與表面處理; 還可用于石墨插層及 氟化石墨 的制備等。 五氟化銻具有腐蝕性與刺激性,易對人體健康造成傷害。短期接觸五氟化銻,會(huì )刺激眼睛、皮膚和呼吸道,吸入可能引起肺水腫等;長(cháng)期接觸五氟化銻,可能會(huì )引起皮膚過(guò)敏,還可能導致 肺纖維化 或支氣管炎等。
分子結構 五氟化銻分子中,以銻原子為中心連接五個(gè)氟原子。銻元素占56.17%, 氟元素 占43.38%,其 球棍模型 如下圖所示: 在氣相狀態(tài)下,五氟化銻為 三角雙錐 結構, 而在液態(tài)和固態(tài)時(shí),五氟化銻屬單斜晶系,B2?/m空間群,分子以 四聚體 的形式呈之字鏈接排列,具有順?lè )鷺蚪Y構,兩個(gè)小單元中的銻原子由順?lè )鷺蜻B接形成扭曲的八面體配位結構。兩種Sb-F鍵平均鍵長(cháng)分別為1.82 ?和2.02 ?,兩種Sb-F-Sb鍵角分別為170°和141°。四聚體結構如下圖所示:
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 五氟化銻外觀(guān)呈無(wú)色油狀液體,有刺激性氣味,具有高粘性與吸濕性,溶于過(guò)量水和冰醋酸,亦溶于氟化鉀、液態(tài)二氧化硫等。其分子量為216.74,密度為2.99 g/cm3(23 ℃),熔點(diǎn)為8.3 ℃,沸點(diǎn)為149.5 ℃,蒸氣壓為1.33 kPa(25 ℃),黏度為0.768 cP(24.4 ℃),表面張力為0.20 N/m(20 ℃)。
化學(xué)性質(zhì) 五氟化銻是一種強氧化劑,具有腐蝕性,能緩慢腐蝕玻璃等物質(zhì),受熱或遇酸時(shí)會(huì )分解放出劇毒氣體氟氣。 五氟化銻也具有酸性,是一種路易斯酸, 其可與水反應,發(fā)出聲響并生成五氟化銻二水合物,也可與鹵素、亞硝酰氟、硫和碳酸鈉等物質(zhì)反應。
與水反應 五氟化銻可與水反應,與水接觸時(shí)發(fā)出聲響,生成二水合物SbF?·2H?O,反應方程式如下:
與鹵素反應 五氟化銻可與鹵素反應,生成混合的五鹵化物,如將其與碘加熱至碘沸點(diǎn)以上時(shí),生成暗棕色的SbF?I;加熱至160-220 ℃時(shí),生成暗綠色的(SbF?I)?I晶體,反應方程式如下。 五氟化銻還可與其他鹵素反應,如與氯反應可生成SbCI?F、SbCI?F?和SbCI?F?。
與亞硝酰氟反應 五氟化銻可與亞硝酰氟(NOF)反應,生成穩定的加合物SbF?·NOF。反應方程式如下:
與硫反應 五氟化銻可與硫反應。硫溶解在五氟化銻中,形成深藍色溶液,可析出SbF?S結晶。SbF?S可進(jìn)一步與水反應,生成三氟化銻、硫沉淀、氟化氫和氟化亞硫酰,氟化亞硫酰再與水反應可生成二氧化硫氣體。反應方程式如下:
與碳酸鈉反應 五氟化銻可與碳酸鈉、氟化氫共同反應,放出二氧化碳并生成 氟化鈉 和SbOF?·NaF· H?O 沉淀。反應方程式如下:
與氟化鉀反應 五氟化銻可與氟化鉀反應。與氟化鉀反應時(shí),生成KF·SbF?;與氟化鉀和水共同反應時(shí),生成閃光晶體SbF?·(KF)?·H?O。反應方程式如下:
與六氟合錳酸鉀反應 五氟化銻可在150 ℃條件下與六氟合錳酸鉀反應,生成六氟合銻酸鉀、三氟化錳和氟氣。反應方程式如下:
制備方法
五氯化銻-氟化氫 五氟化銻可由五氯化銻與氟化氫反應制得。首先向裝有氣體導入管、回流冷凝器、溫度計套管的鋁制反應器中投入五氯化銻,導入氟化氫氣體,加熱至停止產(chǎn)生 氯化氫 后進(jìn)行冷卻,接著(zhù)將回流冷凝器升溫,以蒸出未反應的 氟氣 ,最后加熱除盡氟化氫。此時(shí)反應器中的剩余物即為粗五氟化銻,將其分餾即得五氟化銻成品。反應方程式如下:
三氧化二銻-過(guò)氧化氫-氟化氫 五氟化銻可由三氧化二銻與過(guò)氧化氫和氟化氫反應制得。三氧化二銻與過(guò)氧化氫和氟化氫反應,生成H?OSbF?,再將H?OSbF?與COF?反應即可制得五氟化銻。反應方程式如下:
三氧化二銻-氟氣 五氟化銻可由三氧化二銻與氟氣反應制得。首先使原料氟氣凈化,去除氟氣中含有不能冷凝的高沸點(diǎn)雜質(zhì)氣體,然后將氟氣和三氧化二銻進(jìn)行合成反應生成液態(tài)五氟化銻粗產(chǎn)品,再通過(guò)精餾工藝,使液態(tài)五氟化銻粗產(chǎn)品氣化、冷凝,去除粗產(chǎn)品中的雜質(zhì)氣體后得到高純度的液態(tài)五氟化銻產(chǎn)品。該法設備簡(jiǎn)單、操作方便、設備運行安全,產(chǎn)品質(zhì)量穩定、純度高。反應方程式與流程圖如下:
金屬銻-氟氣 五氟化銻可由金屬銻與氟氣反應制備得。將金屬銻塊進(jìn)行破碎,加入反應器中,反應器抽負壓并加熱,以除去反應器和物料中的水份。再向反應器中通入 氮氣 加壓到常壓,緩慢通入氟氣,反應生成五氟化銻蒸汽,反應開(kāi)始升溫,經(jīng)多次放空直到緩沖罐壓力不再上升為止,將五氟化銻蒸汽通過(guò)冷凝回流的方式制得五氟化銻成品。反應方程式與裝置圖如下:
三氟化銻-氟氣 五氟化銻可由三氟化銻與氟氣反應制得。將氟氣通入氣態(tài)三氟化銻中,在加熱狀態(tài)下可緩慢生成五氟化銻,反應方程式如下:
檢測方法
電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 五氟化銻可由電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行檢測。由于五氟化銻中銻元素存在三價(jià)和五價(jià)兩個(gè)價(jià)態(tài),通過(guò)檢測三氟化銻的含量即可間接實(shí)現對五氟化銻純度的檢測。利用氧化還原滴定法對三價(jià)銻含量進(jìn)行測量,再將樣品溶液在206.836 nm處用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行分析得銻元素總含量。由銻元素總含量中減去三價(jià)銻含量,即得五價(jià)銻含量。該法簡(jiǎn)便易行、便于操作,測量精度高,適用于以氟氣和單質(zhì)銻為原料制備的五氟化銻產(chǎn)品純度的檢測。
試紙檢測法 五氟化銻含量可由試紙進(jìn)行檢測。將 苯芴酮 、 十六烷基三甲基溴化銨 、抗壞血酸及 草酸 與無(wú)水乙醇配制成四種溶液,再將上述四種溶液混合即配制成浸漬液,濾紙浸泡于浸漬液中,取出干燥即得檢測試紙。使用時(shí)將檢測試紙浸入樣品溶液中,試紙取出后經(jīng)顯色反應變?yōu)殚偌t色,隨著(zhù)待測液中銻離子濃度的增加,所顯顏色從淺橘紅色逐漸加深為深橘紅色,根據顏色的深淺 即可半定量檢測銻離子的含量,進(jìn)一步可得五氟化銻含量。
其他檢測方法 此外,還可由AA分光光度法檢測銻含量,由離子選擇 電極或 離子色譜法 檢測氟含量。
應用領(lǐng)域
制備超強酸 五氟化銻可用于制備超強酸氟磺酸-五氟化銻、氟化氫-五氟化銻等。在氟磺酸中加入作為路易斯酸的五氟化銻,反應生成HSO?F·SbF?超強酸,酸性極大增強。當氟磺酸和五氟化銻物質(zhì)的量比為1:1時(shí),所生成的超強酸H?值為﹣25。在無(wú)水氫氟酸中加入五氟化銻時(shí)生成HF·SbF?超強酸,簡(jiǎn)稱(chēng) 氟銻酸 。反應方程式如下:
有機化學(xué)領(lǐng)域
氟化劑 五氟化銻可在有機反應中作氟化劑。如用于鹵化物的鹵 置換反應 中,即有機鹵化物與無(wú)機鹵化物之間進(jìn)行鹵原子的交換,又稱(chēng)Finkelstein 鹵素交換反應 。使用五氟化銻的特點(diǎn)是其可以選擇性作用于同一 碳原子 的多鹵原子,而不與單鹵原子交換。如CCl?CH?CH?Cl在五氟化銻和三氟化銻的共同作用下,生成CF?CH?CH?Cl和CF?ClCH?CH?Cl,反應方程式如下。此外,五氟化銻還能通過(guò)其他取代或加成等反應向有機化合物分子中引入氟原子,也是合成含氟炸藥及其中間體的重要原料。
催化劑 五氟化銻可在有機反應中作催化劑,如 烷烴 的異構化、芳烴的烷基化以及氧化、酯化、聚合等反應。烷烴在一般條件下活性很低,難以發(fā)生離子型反應,但在五氟化銻形成的超強酸中,其在較低溫度下也能發(fā)生質(zhì)子 化,從而引起各種化學(xué)反應。超強酸能使烷烴發(fā)生縮聚反應,可用于天然氣中 甲烷 、 乙烷 等簡(jiǎn)單烷烴制取燃料汽油。超強酸還可在室溫下使烷烴異構化,如 己烷 、 庚烷 等,可用于提高汽油的辛烷值。
形成碳正離子 五氟化銻可用于有機物中碳正離子的形成,以研究碳正離子其結構與穩定性的關(guān)系。如將叔丁基氟溶于過(guò)量五氟化銻中,可形成叔丁基正離子。由于碳正離子可穩定地長(cháng)期存在于超強酸中,所以五氟化銻形成的超強酸如HSO?F·SbF?、HF·SbF?也可用于碳正離子的形成,反應方程式如下:
高分子領(lǐng)域 五氟化銻可用于高分子領(lǐng)域。當五氟化銻作摻雜劑對導電聚合物或導電高分子化合物進(jìn)行摻雜時(shí),因其為易接受電子的電子受體物質(zhì),所以可通過(guò)形成 電荷轉移絡(luò )合物 而提高聚合物或高分子化合物的導電性。 此外,五氟化銻可用于硫化膠表面的處理,用液態(tài)五氟化銻或氣態(tài)五氟化銻處理丁腈橡膠硫化膠表面時(shí),可使其摩擦系數和摩擦溫度降低。 五氟化銻還可用于制備韌性熱固化 環(huán)氧膠 等。
石墨處理 五氟化銻可用于石墨處理,制備GIC、氟化石墨等。石墨經(jīng) 鹽酸 、雙氧水的浸泡后得 膨脹石墨 ,抽真空后將五氟化銻作插層劑周期性插入于 石墨烯 層,可形成石墨層間化合物(GIC),得到插層石墨。再把插層石墨放入封閉的反應爐中,通入氟氣可制得氟化石墨。
其他應用 此外,五氟化銻還可用于制備 五氟化金 ,反應方程式如下; 用作 三氧化硫 生產(chǎn)過(guò)程中的穩定劑; 用作抗癌藥物的添加劑,及專(zhuān)用膜、塑料、潤滑劑、醫用麻醉劑、血液替代品等產(chǎn)品的中間體等。
安全事宜
毒理學(xué)數據 LC50:小鼠 吸入 270 mg/cm3
LD50:小鼠 皮下 270 mg/kg
職業(yè)接觸極限
健康危害 五氟化銻具有腐蝕性與刺激性,易對人體健康造成傷害。 短期接觸五氟化銻,會(huì )刺激眼睛、皮膚和呼吸道,吸入可能引起肺水腫。五氟化銻與血液發(fā)生作用,可能導致鈣血癥、心臟及腎臟衰竭,嚴重時(shí)可致死亡;長(cháng)期接觸五氟化銻,可能會(huì )引起皮膚過(guò)敏,還可能導致肺纖維化或支氣管炎。 五氟化銻不易從體內排出,在接觸其一個(gè)月以后還能在臟器中檢出。銻主要從糞便中排出,氟主要從尿液中排出。
皮膚接觸
發(fā)紅,嚴重皮膚燒傷
眼睛接觸
發(fā)紅、疼痛,視力模糊
吸入
咳嗽、呼吸困難及咽喉疼痛
攝入
嘔吐、腹瀉及腹部疼痛
應對措施
急救 皮膚接觸
脫掉被污染衣物,用大量水沖洗皮膚或淋浴,并及時(shí)就醫
眼睛接觸
用大量水沖洗數分鐘(若佩戴隱形眼鏡應取出),并及時(shí)就醫
吸入
呼吸新鮮空氣,保持半直立體位,并及時(shí)就醫
攝入
漱口,并及時(shí)就醫
泄露 如發(fā)生五氟化銻泄露,應疏散泄漏污染區人員至安全區,禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入污染區。應急處理人員應戴好防毒面具,穿化學(xué)防護服,不要直接接觸泄漏物,在確保安全情況下進(jìn)行堵漏。可噴灑霧狀水以減少其蒸發(fā),再利用用沙土等惰性材料吸收,隨后轉移到安全場(chǎng)所。如大量泄漏,可利用圍堤收容,然后經(jīng)收集、轉移、回收或無(wú)害處理后廢棄。轉移過(guò)程中應遠離易燃、可燃物,避免與水、醇類(lèi)物質(zhì)接觸。搬運時(shí)要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。
處理五氟化銻時(shí),可將其分批次倒入至大量水中,并用碳酸鈉中和,稀釋后的污水經(jīng)廢水系統排放。 或將五氟化銻用鹽酸溶解后,用硫化氫飽和,過(guò)濾出 硫酸銻 沉淀,淋洗干燥后用空氣氣提溶液中溶解的硫化氫,然后送入裝有石灰淋洗器的焚燒裝置中,經(jīng)氣提的濾液同石灰反應,生成的沉淀物用土地填埋處置。
火災 五氟化銻不可燃,但可增強其它物質(zhì)的燃燒,在火災中禁止使用水、 泡沫滅火劑 ,可使用二氧化碳、干粉或干沙滅火劑。
儲存與貯運 五氟化銻應儲存于陰涼、干燥和通風(fēng)良好處,遠離火種、熱源并與易(可)燃物、水、醇類(lèi)及食用化學(xué)品分開(kāi)存放,切忌混儲,保持容器密封。儲存區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。