Stickstofftrifluorid - Nitrogen trifluoride
Namen | |
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IUPAC-Name
Stickstofftrifluorid
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Andere Namen
Stickstofffluorid
Trifluoramin Trifluorammoniak |
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Bezeichner | |
3D-Modell ( JSmol )
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ChEBI | |
ChemSpider | |
ECHA-Infokarte | 100.029.097 |
EG-Nummer | |
1551 | |
PubChem- CID
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RTECS-Nummer | |
UNII | |
UN-Nummer | 2451 |
CompTox-Dashboard ( EPA )
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Eigenschaften | |
NF 3 | |
Molmasse | 71,00 g/mol |
Aussehen | farbloses Gas |
Geruch | schimmlig |
Dichte | 3,003 kg/m 3 (1 atm, 15 °C) 1,885 g/cm 3 (flüssig bei Siedepunkt) |
Schmelzpunkt | −207,15 °C (−340,87 °F; 66,00 K) |
Siedepunkt | −129,06 °C (−200,31 °F; 144,09 K) |
0,021 g/100 ml | |
Dampfdruck | 44,0 atm (–38,5 °F oder –39,2 °C oder 234,0 K) |
Brechungsindex ( n D )
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1.0004 |
Struktur | |
trigonal pyramidenförmig | |
0,234 D | |
Thermochemie | |
Wärmekapazität ( C )
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53,26 J/(mol·K) |
Std molare
Entropie ( S |
260,3 J/(mol·K) |
Std
Bildungsenthalpie (Δ f H ⦵ 298 ) |
−31,4 kJ/mol −109 kJ/mol |
Gibbs freie Energie (Δ f G ˚)
|
−84,4 kJ/mol |
Gefahren | |
Sicherheitsdatenblatt | AirLiquide |
NFPA 704 (Feuerdiamant) | |
Flammpunkt | Nicht brennbar |
Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |
LC 50 ( mediane Konzentration )
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2000 ppm (Maus, 4 h ) 9600 ppm (Hund, 1 h) 7500 ppm (Affe, 1 h) 6700 ppm (Ratte, 1 h) 7500 ppm (Maus, 1 h) |
NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheitsbelastung): | |
PEL (zulässig)
|
TWA 10 ppm (29 mg/m 3 ) |
REL (empfohlen)
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TWA 10 ppm (29 mg/m 3 ) |
IDLH (unmittelbare Gefahr)
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1000 ppm |
Verwandte Verbindungen | |
Andere Anionen
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Stickstofftrichlorid Stickstofftribromid Stickstofftriiodid Ammoniak |
Andere Kationen
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Phosphortrifluorid Arsentrifluorid Antimontrifluorid Wismuttrifluorid |
Verwandte binäre fluoro- Azane
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Tetrafluorhydrazin |
Verwandte Verbindungen
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Distickstoffdifluorid |
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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überprüfen ( was ist ?) | |
Infobox-Referenzen | |
Stickstofftrifluorid ( NF
3) ist ein anorganisches , farbloses, nicht brennbares , giftiges Gas mit leicht muffigem Geruch. Es findet zunehmend Anwendung bei der Herstellung von Flachbildschirmen , Photovoltaik , LEDs und anderer Mikroelektronik . Auch Stickstofftrifluorid ist ein extrem starkes und langlebiges Treibhausgas . Seine atmosphärische Belastung überstieg im Jahr 2019 2 Teile pro Billion und hat sich seit dem späten 20. Jahrhundert alle fünf Jahre verdoppelt.
Synthese und Reaktivität
Stickstofftrifluorid existierte vor seiner Synthese durch den Menschen nicht in nennenswerten Mengen auf der Erde. Es ist ein seltenes Beispiel für ein binäres Fluorid, das nur unter sehr ungewöhnlichen Bedingungen, wie einer elektrischen Entladung, direkt aus den Elementen hergestellt werden kann. Nach ersten Syntheseversuchen im Jahr 1903 stellte Otto Ruff Stickstofftrifluorid durch Elektrolyse einer geschmolzenen Mischung aus Ammoniumfluorid und Fluorwasserstoff her . Es erwies sich als weit weniger reaktiv als die anderen Stickstofftrihalogenide Stickstofftrichlorid , Stickstofftribromid und Stickstofftriiodid , die alle explosiv sind. Allein unter den Stickstofftrihalogeniden hat es eine negative Bildungsenthalpie. Es wird in der Neuzeit sowohl durch direkte Reaktion von Ammoniak und Fluor als auch nach einer Variation der Ruffschen Methode hergestellt. Es wird in Druckzylindern geliefert.
NF
3ist in Wasser leicht löslich, ohne eine chemische Reaktion einzugehen. Es ist nichtbasisch mit einem niedrigen Dipolmoment von 0.2340 D. Im Gegensatz dazu ist Ammoniak basisch und stark polar (1.47 D). Dieser Unterschied rührt von den Fluoratomen her, die als elektronenziehende Gruppen wirken und im Wesentlichen alle einsamen Elektronenpaare am Stickstoffatom anziehen. NF 3 ist ein starkes, aber träges Oxidationsmittel.
Es oxidiert Chlorwasserstoff zu Chlor:
- 2 NF 3 + 6 HCl → 6 HF + N 2 + 3 Cl 2
Es ist kompatibel mit Stahl und Monel sowie mehreren Kunststoffen. Es wandelt sich bei Kontakt mit Metallen in Tetrafluorhydrazin um, jedoch nur bei hohen Temperaturen:
- 2 NF 3 + Cu → N 2 F 4 + CuF 2
NF 3 reagiert mit Fluor und Antimonpentafluorid zum Tetrafluorammoniumsalz :
- NF 3 + F 2 + SbF 5 → NF+
4SbF−
6
Anwendungen
Stickstofftrifluorid wird hauptsächlich verwendet, um Silizium und Siliziumverbindungen während der Herstellung von Halbleiterbauelementen wie LCD-Displays , einigen Dünnschichtsolarzellen und anderer Mikroelektronik zu entfernen . In diesen Anwendungen NF
3wird zunächst in einem Plasma abgebaut . Die resultierenden Fluorradikale sind die Wirkstoffe, die Angriffs Polysilizium , Siliziumnitrid und Siliziumoxid . Sie können auch verwendet werden, um Wolframsilicid , Wolfram und bestimmte andere Metalle zu entfernen . NF . dient nicht nur als Ätzmittel bei der Geräteherstellung, sondern
3wird auch häufig zur Reinigung von PECVD- Kammern verwendet.
NF
3 dissoziiert leichter innerhalb einer Niederdruckentladung im Vergleich zu perfluorierten Verbindungen (PFCs) und Schwefelhexafluorid ( SF
6). Die so erzeugte größere Menge an negativ geladenen freien Radikalen kann zu höheren Siliziumentfernungsraten führen und andere Verfahrensvorteile wie weniger Restkontamination und eine geringere Nettoladungsbelastung der herzustellenden Vorrichtung bereitstellen. Als etwas stärker verbrauchtes Ätz- und Reinigungsmittel wurde NF 3 auch als umweltverträglicher Ersatz für SF . beworben
6oder PFCs wie Hexafluorethan .
Die Nutzungseffizienz der in Plasmaprozessen verwendeten Chemikalien variiert stark zwischen Geräten und Anwendungen. Ein beträchtlicher Teil der Reaktanten wird in den Abgasstrom verschwendet und kann schließlich in die Erdatmosphäre emittiert werden. Moderne Reinigungssysteme können atmosphärische Emissionen wesentlich verringern. NF
3keinen wesentlichen Nutzungsbeschränkungen unterliegt. Die jährliche Berichterstattung der NF
3Produktion, Verbrauch und Abfallemissionen großer Hersteller wurden in vielen Industrieländern als Reaktion auf das beobachtete atmosphärische Wachstum und das internationale Kyoto-Protokoll gefordert .
Hochgiftiges Fluorgas (F 2 , Diatomeen- Fluor ) ist in einigen Fertigungsanwendungen ein klimaneutraler Ersatz für Stickstofftrifluorid. Es erfordert strengere Handhabungs- und Sicherheitsvorkehrungen, insbesondere zum Schutz des Fertigungspersonals.
Stickstofftrifluorid wird auch in Fluorwasserstoff- und Deuteriumfluorid-Lasern verwendet , bei denen es sich um chemische Laser handelt . Dort wird es aufgrund seiner bequemeren Handhabungseigenschaften auch Fluorgas vorgezogen
Treibhausgas
NF
3ist ein Treibhausgas mit einem Treibhauspotenzial (GWP), das 17.200 Mal größer ist als das von CO
2im Vergleich über einen Zeitraum von 100 Jahren. Sein GWP belegt den zweiten Platz hinter SF
6in der Gruppe der von Kyoto anerkannten Treibhausgase und NF
3wurde mit Wirkung ab 2013 und dem Beginn der zweiten Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolls in diese Gruppierung aufgenommen. Es hat eine geschätzte atmosphärische Lebensdauer von 740 Jahren, obwohl andere Arbeiten eine etwas kürzere Lebensdauer von 550 Jahren (und einem entsprechenden GWP von 16.800) nahelegen.
Obwohl NF
3ein hohes GWP hat, wurde sein Strahlungsantrieb in der Erdatmosphäre lange Zeit als gering angenommen, unter der fälschlichen Annahme, dass nur geringe Mengen in die Atmosphäre freigesetzt werden. Industrielle Anwendungen von NF
3spaltet es routinemäßig ab, während in der Vergangenheit zuvor verwendete regulierte Verbindungen wie SF
6und PFCs wurden häufig freigesetzt. Die Forschung hat die bisherigen Annahmen in Frage gestellt. Hochvolumige Anwendungen wie beispielsweise DRAM - Computer - Speicher - Produktion, die Herstellung von Flachbildschirmen und die großtechnische Herstellung von Dünnfilm - Solarzellen verwenden NF
3.
Seit 1992, als weniger als 100 Tonnen produziert wurden, ist die Produktion im Jahr 2007 auf geschätzte 4000 Tonnen angewachsen und wird voraussichtlich deutlich zunehmen. Die Weltproduktion von NF 3 wird bis 2010 voraussichtlich 8000 Tonnen pro Jahr erreichen. Der mit Abstand größte NF .- Produzent der Welt
3ist das US-amerikanische Industriegas- und Chemieunternehmen Air Products & Chemicals . Schätzungsweise 2% des produzierten NF
3in die Atmosphäre freigesetzt wird. Robson prognostizierte, dass die maximale atmosphärische Konzentration weniger als 0,16 Volumenteile pro Billion (ppt) beträgt, was einen IR- Antrieb von weniger als 0,001 Wm –2 liefert . Die mittlere globale troposphärische Konzentration von NF 3 ist von etwa 0,02 ppt (Teile pro Billion, Molenbruch der trockenen Luft) im Jahr 1980 auf 0,86 ppt im Jahr 2011 gestiegen, mit einer Steigerungsrate von 0,095 ppt pro Jahr −1 oder etwa 11% pro Jahr und einen interhemisphärischen Gradienten, der mit den Emissionen übereinstimmt, die erwartungsgemäß überwiegend in der nördlichen Hemisphäre auftreten. Diese Anstiegsrate im Jahr 2011 entspricht etwa 1200 metrischen Tonnen/Jahr NF 3 -Emissionen weltweit oder etwa 10 % der globalen NF 3 -Produktionsschätzungen. Dies ist ein deutlich höherer Prozentsatz, als von der Industrie geschätzt wurde, und stärkt damit die Argumente für eine Inventarisierung der NF 3 -Produktion und für die Regulierung seiner Emissionen. Eine von Branchenvertretern mitverfasste Studie legt nahe, dass der Beitrag der NF 3 -Emissionen zum gesamten Treibhausgasbudget der Herstellung von Dünnschicht-Si-Solarzellen klar ist.
Die UNFCCC hat im Rahmen des Kyoto-Protokolls beschlossen, Stickstofftrifluorid in die zweite Einhaltungsperiode des Kyoto-Protokolls aufzunehmen , die 2012 beginnt und entweder 2017 oder 2020 endet. Demnach ändert das WBCSD/WRI GHG Protocol alle seine Standards (Unternehmen, Produkt und Scope 3), um auch NF 3 abzudecken .
Sicherheit
Hautkontakt mit NF
3ist ungefährlich und reizt die Schleimhäute und die Augen relativ wenig . Es ist ein pulmonaler Reiz mit einer Toxizität deutlich geringer als Stickstoffoxiden und Überbelichtungen über Inhalation bewirkt die Umwandlung von Hämoglobin in Blut zu Methämoglobin , die unter der Bedingung führen können Methämoglobinämie . Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) gibt eine unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdende Konzentration (IDLH-Wert) von 1.000 ppm an.
Siehe auch
Anmerkungen
Verweise
Externe Links
- National Pollutant Inventory – Factsheet Fluoride and Compounds at the Wayback Machine (archiviert am 22. Dezember 2003)
- NF 3 Verhaltenskodex (European Industrial Gas Association)]
- WebBook-Seite für NF 3
- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
NH 3 N 2 H 4 |
He(N 2 ) 11 | ||||||||||||||||
Li 3 N | Sei 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 | Zinn | VN |
CrN Cr 2 N |
Mn x N y | Fe x N y | ConN | Ni 3 N | CuN | Zn 3 N 2 | GaN | Ge 3 N 4 | Wie | Se | NBr 3 | Kr |
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