二氟化氙

二氟化氙是最穩定的氙化合物之一，可長期處放在鎳制容器中或乾燥的石英和玻璃器皿中而不發生變化。同其他氟化氙相比較，二氟化氙是一種溫和的氧化劑和氟化劑，可生成多種氙化合物。和大部分共價無機氟化物一樣，二氟化氙對水敏感。 它遇到 水蒸氣或光時會分解，不過收藏在容器內就沒問題。 二氟化氙是一種密度大的白色晶體。它具有令人噁心的氣味，並且蒸汽壓低。結構.二氟化氙是一種線形分子。二氟化氙蒸汽的 Xe–F 鍵長為 ，固態下則是 200 pm 。固體XeF2中的堆積排列表明，相鄰分子的氟原子避開了每個XeF2分子的赤道區域。 這與VSEPR理論的預測一致，該理論預測氙原子的赤道區域周圍有3對非鍵合電子。在高壓下，可以獲得新穎的非分子形式的二氟化氙。 在 ~50 GPa的壓強下，XeF2 轉換成一個半導體，由XeF4 單元組成一個二維的晶體，就像石墨。在更高壓力下，超過 70 GPa，它變成金屬性，含有XeF8 單元的三維結構。 但是，最近的理論研究對這些實驗結果產生了懷疑。Xe–F 鍵較弱。 XeF2 的總鍵能為267.8 kJ/mol (64.0 kcal/mol)第一和第二鍵能分別為184.1 kJ/mol (44.0 kcal/mol) 和 83.68 kJ/mol (20.00 kcal/mol)。但是，XeF2比KrF2強得多，後者的總鍵能僅為92.05 kJ/mol (22.00 kcal/mol) ，是XeF2的三分之一。物理性質.二氟化氙是一種無色固體，在室溫下容易昇華而形成大的透明晶體。二氟化氙蒸氣是無色的，具有令人發嘔的惡臭。二氟化氙易溶於BrF5、BrF3、無水氟化氫、 乙腈、NOF·3HF和五氟化碘中，並不發生電離。二氟化氙在氟化氫裡的溶解度很高，29.95 °C 下的溶解度為 167 g 每 100 g HF 。固體二氟化氙晶體屬於體心四方晶系，a=431.5pm，c=699.0pm，鍵長約為200pm。二氟化氙氣態時是一種直線型的分子，對稱群為D∞h，鍵長比固態略短，為197.7pm，其中的Xe-F鍵具有一定離子鍵的性質，這可以用三中心四電子鍵來解釋。formula_1formula_2formula_3O2F2也可以將XeF2進一步氟化成為XeF4和XeF6。formula_4formula_5formula_6化學性質.同無機物的反應.不生成氙化合物.二氟化氙是一種具有氧化性的氟化劑，往往會同時發生氧化和氟化反應。二氟化氙被還原時放出氙，但不生成氙化合物。作為氟化劑來說，無論從熱力學還是動力學的觀點，二氟化氙的氟化本領不如單質氟或某些氟化物，顯示出有一定的鈍性：ClF5 &gt; BrF5 &gt; IF7 &gt; ClF &gt; BrF3 &gt; XeF2 &gt; IF5 &gt; BrF也正因為如此，用二氟化氙作氟化劑比較安全和操作方便。此外，二氟化氙在反應後，氙一般不會進入到產物中，釋出的氙可以迴圈使用，所以它是一種很好的氟化劑。它可以氟化許多無機化合物，並且是一種選擇性很好的無機物氟化劑。二氟化氙只有在氣相和非水溶液中才具有氟化性質，在水溶液中它只能起氧化劑的作用。生成氙化合物.二氟化氙中的氟可被電負性較強的基團取代，生成氟化氙的衍生物。這是目前製取氙化合物的重要途徑之一。反應通式為：XeF2 + HA → FXeA + HFFXeA + HA → XeA2 + HF其中HA是反應物，A是電負性較強的基團。這些氙化合物的穩定性都不如二氟化氙，並且同水反應生成氙、氧和相應的酸。只有HOTeF5和HOSeF5形成的化合物較穩定，在100℃以上才開始分解。Xe(OTeF5)2與水反應很慢，但在鹼性溶液反應劇烈。值得一提的是，核磁共振和拉曼光譜證實，FXeN(SO2F)2含有Xe-N鍵。FXeOSO2F一端與氟原子相連，另一端與氟磺酸基團中的氧相連。同有機物的反應.有機化合物的氟化是近代化學的重要課題。用單質氟作氟化劑，由於技術和安全方面的困難，受到很大限制，反應劇烈不易控制，可引起有機化合物的斷鏈，或者一直進行到生成全氟化合物。利用其他氟化劑，如氟化氫、某些金屬氟化物、鹵素氟化物，雖然也可以同有機化合物發生氟化取代反應，但反應物的產率一般都較低，選擇性也較差。四氟化氙和六氟化氙同水易生成具有爆炸性的三氧化氙，而且六氟化氙的氟化-氧化性質太強，可引起有機物的斷鏈。唯獨二氟化氙的氟化性比較溫和，又比較穩定，操作比較安全，而且反應物的產率和氟化選擇性也都比較好。非環化合物.用二氟化氙作氟化劑可以使烯烴的氟化反應得到一定的改善。氣相氟化反應在室溫下按下式進行：二氟化氙能溶於乙腈中，在室溫下只是單純溶解，不發生化學反應；當升高溫度到乙腈的沸點時，二氟化氙就對乙腈發生氟化。二氟化氙能溶於五氟化溴、氟化氫、五氟化碘、二氧化硫等之中，起初也不發生化學反應，但只要有痕量的路易斯酸存在時，二氟化氙就會同這些溶劑發生氟化-氧化反應。對於路易斯酸在這裡所起的作用，有人提出如下解釋：二氟化氙溶解在這些溶劑裡呈分子狀態，沒有發生電離；當加入路易斯酸時，二氟化氙電離而產生XeF+：XeF2 + A(Lewis酸) → XeF+ + AF−2XeF2 + A(Lewis酸) → Xe2F3+ + AF−XeF+和Xe2F3+的反應能力比二氟化氙強得多，所以在二氟化氙的乙腈溶液中只要有痕量的路易斯酸存在時，二氟化氙就會同乙腈發生反應而放出氙。氟代矽烷是有實際意義的化合物。二氟化氙對矽烷的氟化有以下規律：含Si-Cl鍵的矽烷同二氟化氙反應時只需幾分鐘，就能完成氟同氯之間的交換反應，生成氟代矽烷；但二氟化氙不同Si-C，Si-O鍵反應。2(CH3)3SiCl + XeF2 → 2(CH3)3SiF (100%) + Cl2 + Xe2(C2H5)3SiCl + XeF2 → 2(C2H5)3SiF (100%) + Cl2 + Xe(CH3)2SiCl2 + XeF2 → (CH3)2SiF2 (100%) + Cl2 + Xe二氟化氙對僅含Si-H鍵的矽烷不能直接發生氟化反應，但如果矽烷中同時含有Si-Cl鍵時，則能很快發生氟化反應。反應機理是二氟化氙首先同Si-Cl反應，釋放出的氯隨即將Si-H鍵轉化為Si-Cl鍵。這樣，二氟化氙就能將它進一步氟化成為二氟代矽烷了。在氟化三甲基砷的時候，二氟化氙只會氟化砷原子，而不會影響甲基。(CH3)3As + XeF2 → (CH3)3AsF2 + Xe碳環化合物.二氟化氙對碳環化合物具有優良的選擇性氟化效能，比傳統的氟化過程簡便。二氟化氙對苯直接氟化製取氟苯有良好的效果，以四氯化碳為溶劑，產率為68%。反應機理為自由基反應。除氟代苯外，還生成了少量的聯苯。苯的同系物甲苯、氯苯等同二氟化氙反應，也生成少量的聯苯。體系的電子順磁共振譜表明有對位R(C6H4)2R+ 自由基存在。二氟化氙可將電極電勢較高的化合物變為陽離子自由基，起到R(C6H4)2R+自由基生成劑的作用，。含苯氧基的氟化合物是有價值的藥物，用傳統的氟化方法合成流程較長。利用二氟化氙的選擇性氟化效能，直接對苯環進行氟化，只需一步反應就可完成，例如：C6H5OCH3 + XeF2 -(CH2Cl2)→ C6H4(OCH3)F (71%)二氟化氙可用於合成很多稠環烴的氟化物，如1,4-二氟代萘以及與蒽、芘反應的產物。雜環化合物.5-氟代尿嘧啶是一種有價值的藥物，可用來抗癌。在生物化學方面，它是同核酸有關的一類化合物。在室溫下尿嘧啶可以被二氟化氙一步直接氟化成為5-氟代尿嘧啶。合成方法.合成二氟化氙的方法有：Xe + F2 → XeF2在 1965年，人們發現氙和二氟化二氧反應會產生二氟化氙。Xe + O2F2 → XeF2 + O2Xe + 2CF4 -放電→ XeF2 + C2F6Xe + 2SiF4 -放電→ XeF2 + Si2F6Xe + CrF5 → XeF2 + CrF32 Xe + 2 CF2Cl2 → 2 XeF2 + C2Cl4Xe + CF3OF → XeF2 + COF2Xe + FSO3F → XeF2 +SO3N2F2 + Xe → Xe的氟化物的混合物+ N2XeF4 + Xe -(高壓)→ 2XeF2報告.XeF2的第一個公開報告是在1962年10月由Chernick等人撰寫的。 但是，儘管較晚釋出， XeF2 最早是由明斯特大學的於1962年初透過使氟氣和氙氣的混合物在放電中反應而發現的。 這些報告發表後不久，阿貢國家實驗室的Weeks，Cherwick和Matheson報告了使用具有透明氧化鋁視窗的全鎳系統合成XeF2的過程，在紫外線源照射下，氙和氟氣在低壓下反應，得到XeF2。 Williamson 報道說，該反應在乾燥的派熱克斯玻璃燈泡中，標準大氣壓下，以太陽光為紫外線源，反應過程同樣良好。他注意到即使在陰天，也可以進行二氟化氙的合成。在先前的合成中，會有純化氟氣以除去氟化氫的步驟。 Šmalc和Lutar發現，如果跳過此步驟，反應速率將以原始速率的四倍進行。