Τριφθοριούχο άζωτο

To τριφθοριούχο άζωτο ή τριφθοραμίνη (αγγλικά: nitrogen trifluoride) είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει άζωτο και φθόριο, με μοριακό τύπο NF3. Μπορεί να θεωρηθεί ότι παράγεται από την αμμωνία (NH3), αν όλα τα άτομα υδρογόνου της άτομα φθορίου. Ανήκει στις φθοραμίνες. Το χημικά καθαρό τριφθοριούχο άζωτο, στις συνθήκες αναφοράς, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο, άοσμο και άφλεκτο αέριο. Βρίσκει αυξανόμενη εφαρμογή ως χαρακτικό μέσο για κατασκευή μικροηλεκτρονικών συσκευών.

 Η μοριακή δομή του τριφθοριούχου αζώτου αντιστοιχεί γεωμετρικά στο γεωμετρικό στερεό της τριγωνικής πυραμίδας, με το άτομο του αζώτου στην κορυφή και τα άτομα του φθορίου στη βάση της. Επειδή το φθόριο είναι ηλεκτραρνητικότερο του αζώτου, ο βαθμός οξείδωσης του αζώτου στη διφθοραμίνη είναι +3. Το τριφθοριούχο άζωτο είναι δυαδικό φθορίδιο που μπορεί να παραχθεί απευθείας με ολική σύνθεση από τα χημικά στοιχεία που το αποτελούν (άζωτο και φθόριο, δηλαδή), αλλά μόνο υπό ασυνήθιστες συνθήκες, όπως ηλεκτρική εκκένωση:Μετά από την πρώτη απόπειρα σύνθεσης της ένωσης, το 1903, ο Όττο Ρουφφ (Otto Ruff) παρασκεύασε τριφθοριούχο άζωτο με ηλεκτρόλυση λυωμένου μείγματος από φθοριούχο αμμώνιο (NH4F) και υδροφθορίου.. Στις μέρες μας, το τριφθοριούχο άζωτο παράγεται τόσο απευθείας με φθορίωση της αμμωνίας, όσο και με κάποια παραλλαγή της μεθόδου Ρουφφ: Η προμήθειά του γίνεται στη μορφή αερίου συμπιεσμένου μέσα σε κυλίνδρους. Το τριφθοριούχο άζωτο αποδείχθηκε ότι είναι πολύ λιγότερο δραστικό από τα άλλα τριαλογονίδια του αζώτου, δηλαδή από το τριχλωριούχο άζωτο (NCl3), από το τριβρωμιούχο άζωτο (NBr3) και από το τριιωδιούχο άζωτο (NI3), που όλα τους είναι εκρηκτικά. Κι αυτό συμβαίνει γιατί το τριφθοριούχο άζωτο είναι το μόνο από τα τριαλογονίδια του αζώτου που έχει αρνητική ενθαλπία σχηματισμού. Το τριφθοριούχο άζωτο είναι ελαφρά διαλυτό στο νερό και χωρίς να υφίσταται υδρόλυση. Είναι μη βασικό, με διπολική ροπή 0,2340 D έναντι 1,47 D της αμμωνίας, που είναι βασική. Αυτή η διαφορά προκύπτει από το γεγονός ότι τα άτομα φθορίου λειτουργούν ως ηλεκτρονιόφιλες ομάδες, που έλκουν ουσιαστικά ολόκληρο το μονήρες ζεύγος ηλεκτρονίων στο άτομο του αζώτου. Ωστόσο, το τριφθοριούχο άζωτο έχει δυναμικό υποτονικού (έστω) οξειδωτικού. Για παράδειγμα, οξειδώνει το υδροχλώριο σε (στοιχειακό) χλώριο:Ακόμη, αν έρθει σε επαφή με μέταλλα, μετατατρέπεται σε τετραφθορυδραζίνη, αλλά αυτό γίνεται μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα:Το τριφθοριούχο άζωτο αντιδρά με (στοιχειακό) φθόριο και πενταφθοριούχο αντιμόνιο, δίνοντας τετραφθοραμμωνιακό άλας: Το τριφθοριούχο άζωτο χρησιμοποιήθηκε σε χάραγμα με πλάσμα γκοφρεττών πυριτίου. Στις μέρες μας, το φθοριούχο άζωτο χρησιμοποιείται κυρίως για καθαρισμό των θαλάμων χημικής χάραξης με πλάσμα απόθεσης ατμών (Plasma-Εnhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) σε παραγωγή υψηλού όγκου οθονών υγρού κρυστάλλου και σε φωτοβολταϊκά λεπτού στρώματος πυριτίου. Σε αυτές οι εφαρμογές τριφθοριούχου αζώτου τελικά διάσπάται in situ με χρήση πλάσματος. Τα άτομα φθορίου που παράγονται με την παραπάνω διεργασία λειτουργούν ως καθαριστικά μέσα που επιδρούν σε πολυπυρίτιο , σε αζωτούχο πυρίτιο (Si3N4) και σε οξείδια του πυριτίου (SiOx). Το τριφθοριούχο άζωτο μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης καλά μαζί με διπυριτιούχο βολφράμιο (WSi2) και βολφράμιο παραγμένο με χημική απόθεση ατμών (Chemical Vapor Deposition, CVD). Το τριφθοριούχο άζωτο θεωρείται περιβαντολλογικά προτιμητέο υποκατάστατο του εξαφθοριούχου θείου (SF6) ή περιφθοράνθρακες, όπως το εξαφθοραιθάνιο (C2F6). Η διαδικασία χρησιμοποίησης χημικών με διεργασίες πλάσματος έχει τυπικά απόδοση κάτω του 20%. Για το λόγο αυτό, κάποιο ποσοστό από τα αναφερόμενα χρησιμοποιούμενα υλικά, συμπεριλαμβανομένου κάποιου ποσοστού τριφθοριούχου αζώτου, πάντα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Τα σύγχρονα συστήματα χειρισμού αερίου μπορούν να μειώσουν (σχετικά) αυτές τις εκπομπές. Το στοιχειακό φθόριο έχει προταθεί ως περιβαντολλοντικά φιλικότερο από το τριφθοριούχο άζωτο σε κατασκευές επίπεδων οθονών και φωτοβολταϊκά λεπτού στρώματος.Το τριφθοριούχο άζωτο χρησιμοποιήθηκε επίσης σε λέιζερ υδροφθορίου (HF) και δευτεριοφθορίου (DF), που είναι τύπο χημικών λέιζερ. Προτιμάται, σε σύγκριση με το στοιχειακό φθόριο, εξαιτίας των ιδιοτήτων του που σχετίζονται με το (σχετικά) πιο βολικό χειρισμό του τριφθοριούχου αζώτου (σε σύγκριση πάντα με το στοιχειακό φθόριο), συνεκτιμώντας και την αξιοσημείωτη σταθερότητα (του τριφθοριούχου αζώτου). Το τριφθοριούχο άζωτο είναι συμβατό με το χάλυβα, το μονέλ, καθώς και με αρκετά πλαστικά υλικά. Η επαφή του δέρματος με τριφθοριούχο άζωτο δεν είναι βλαβερή και προκαλεί σχευικά μικρό ερεθισμό στις βλεννογόνες μεμβράνες και στα μάτια. Είναι, όμως, ερεθιστικό για τους πνεύμονες, με τοξικότητα ανάλογη με αυτήν των οξειδίων του αζώτου. Υπερέκθεση σε τριφθοριούχο άζωτο μέσω της εισπνοής του προκαλεί μετατροπή της αιμογλοβίνης του αίματος σε μεταιμογλοβίνη, που μπορεί να οδηγήσει σε κατάσταση μεταιμογλοβαιμίας. Το Εθνικό Ίδρυμα Επαγγελματικής Ασφάλειας και Υγείας (National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH) των ΗΠΑ, εξειδικεύει ότι η συγκέντρωση που είναι άμεσα επικίνδυνη για τη ζωή ή την υγεία (Immediately Dangerous to Life or Health, IDLH value) για το τριφθοριούχο άζωτο ανέρχεται σε 1.000 ppm. Το τριφθοριούχο άζωτο είναι αέριο θερμοκηπίου, με παγκόσμιο δυναμικό θέρμανσης (Global Warming Potential, GWP) 17.200 φορές μεγαλύτερο του διοξειδίου του άνθρακα, όταν το τελευταίο συγκρίνεται σε μια χρονική περίοδο 100 ετών. Αυτό το παγκόσμιο δυναμικό θέρμανσης είναι δεύτερο, μετά από μόνο το εξαφθοριούχο θείο (SF6), στη ομάδα των αναγνωρισμένων από τη σύνοδο του Κυότο αερίων θερμοκηπίου. Το τριφθοριούχο άζωτο εντάχθηκε στην παραπάνω αναφερόμενη ομάδα αερίων από το 2013 και την έναρξη της δεύτερης περιόδου δέσμευσης του Πρωτοκόλλου του Κυότο. Εκτιμήθηκε ότι η ατμοσφαιρική διάρκεια ζωής του τριφθοριούχου αζώτου είναι 740 χρόνια, παρόλο που άλλες εργασίες προτείνουν ότι διάρκεια ατμοσφαιρικής ζωής του τριφθοριούχου αζώτου είναι 550 χρόνια, που αντιστοιχούν σε GWP = 16.800.