Trifluorure de chlore - Définition
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Introduction
| Trifluorure de chlore | |
|---|---|
| Général | |
| No CAS | |
| No EINECS | |
| PubChem | |
| Apparence | Gaz ou liquide jaunâtre |
| Propriétés chimiques | |
| Formule brute | ClF3 |
| Masse molaire | 92,448 ± 0,002 g·mol-1 |
| Moment dipolaire | 0,6 ± 0,1 D |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | -76,31 °C |
| T° ébullition | 11,8 °C |
| Solubilité | Hydrolyse |
| Masse volumique | 3,57 kg·m-3 à 0 °C |
| Thermochimie | |
| ΔH° | 27,53 kJ·mol-1 (1 atm, 11,75 °C) |
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Le trifluorure de chlore est le composé chimique de formule ClF3. C'est un gaz incolore, très oxydant et extrêmement réactif, corrosif et toxique, qui se condense en un liquide jaune verdâtre. C'est sous sa forme liquide pressurisée à température ambiante qu'on le trouve le plus souvent sur le marché. On s'en sert surtout dans les phases de nettoyage et pour les gravures chimiques dans l'industrie des semiconducteurs, et dans quelques autres processus industriels. Il est notamment utilisé dans le traitement du combustible nucléaire, où il permet de produire l'hexafluorure d'uranium UF6, composé aux propriétés physiques intéressantes du point de vue des procédés d'enrichissement de l'uranium :
- U + 3 ClF3 → UF6 + 3 ClF
Son utilisation comme comburant pour la propulsion spatiale est aujourd'hui abandonnée compte tenu des risques réels pour le matériel et pour les équipages ; c'est en revanche la matière première pour la synthèse du pentafluorure de chlore ClF5, un ergol parfois employé, le plus souvent avec l'hydrazine, pour la propulsion de certains missiles.
Préparation et propriétés
Le trifluorure de chlore a été préparé pour la première fois en 1931 par deux chimistes allemands, O. Ruff et H. Kug, par réaction du fluor F2 sur le chlore Cl2, ce qui produisit également du monofluorure de chlore ClF, séparé du trifluorure par distillation :
- 3 F2 + Cl2 → 2 ClF3
La molécule ClF3 a une forme en T, que la théorie VSEPR permet bien d'expliquer :
-
- l'atome de chlore est au centre de la molécule
- l'une des trois positions équatoriales est occupée par un atome de fluor lié au chlore par une liaison covalente
- les deux autres positions équatoriales sont occupées chacune par un doublet non liant
- les deux positions axiales sont occupées chacune par un atome de fluor formant, avec l'atome de chlore central, une liaison à trois centres et quatre électrons, normalement rectiligne mais ici un peu repliée sous l'effet des deux doublets non liants.
Les trois atomes de fluor sont donc liés au chlore par des liaisons de type différent, ce qui se traduit par des longueurs de liaison différentes :
-
- ~ 159,8 pm pour la liaison Cl-F équatoriale (covalente)
- ~ 169,8 pm pour les liaisons Cl-F axiales (qui participent à la liaison 3c-4e)
Le trifluorure de chlore pur est stable jusqu'à 180 °C, mais se décompose en F2 et Cl2 au-dessus de cette température.
C'est un oxydant très énergique ainsi qu'un agent fluorant. Très réactif avec la plupart des matières organiques et minérales, il est susceptible d'en déclencher la combustion spontanément, parfois de façon explosive. Les métaux donnent généralement des chlorures et des fluorures, le phosphore donne du trichlorure de phosphore PCl3 et du pentafluorure de phosphore PF5, tandis que le soufre donne du dichlorure de soufre SCl2 ainsi que du tétrafluorure de soufre SF4. A température ambiante, le sulfure d'hydrogène H2S explose au contact du trifluorure de chlore, lequel s'hydrolyse également violemment au contact de l'eau H2O en dégageant un ensemble de composés dangereux, à commencer par le fluorure d'hydrogène HF.
