二氟化氙（化學式：XeF2）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 XeF 鍵長為 ，固態下則是 200 pm 。固體中的堆積排列表明，相鄰分子的氟原子避開了每個分子的赤道區域。 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， 轉換成一個半導體，由 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 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。 XeF 鍵較弱。 XeF2 的總鍵能為 2678 kJmol 640 kcalmol 第一和第二鍵能分別為 1841 kJmol 440 kcalmol 和 8368 kJmol 2000 kcalmol。但是，XeF2 比 KrF2 強得多，後者的總鍵能僅為 9205 kJmol 2200 kcalmol ，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、、無水氟化氫、 乙腈、NOF3HF 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，2995 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，a4315pm，c6990pm，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 Dh，鍵長比固態略短，為 1977pm，其中的 XeF 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。 化學性質 基本反應 與氫氣反應定量地放出氙和生成氟化氫，通常用這個反應來分析二氟化氙。 rm XeF_2 H_2 xrightarrow 673K Xe 2HF 與氟氣反應：XeF2 可進一步與單質氟反應生成 XeF4 和 XeF6。 rm XeF_2 F_2 xrightarrow 473K XeF_4 rm XeF_4 F_2 xrightarrow 673K XeF_6 O2F2 也可以將 XeF2 進一步氟化成為 XeF4 和 XeF6。 與水反應，中間產物可能有 XeO 自由基、H2O2、XeF 等。 rm 2XeF_2 2H_2O rightarrow 2Xe O_2 4HF 與鹼反應： rm 2XeF_2 4OH rightarrow 2Xe O_2 4F 2H_2O 與雙氧水反應，中間產物有自由基 O、OH、XeF，以及 HO2。 rm 2XeF_2 H_2O_2 rightarrow Xe O_2 2HF 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 BrF5 IF7 ClF BrF3 XeF2 IF5 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。 反應物 HA 生成的氙化合物 生成的氙化合物 反應物 HA 一取代物 FXeA 二取代物 XeA2 HOSO2F FXeOSO2F 無色固體 Xe OSO2F 2 灰黃色固體 HOClO3 FXeOClO3 無色物（熔點 165 C） Xe OClO3 2 0 C 為紅色液體並分解 HOTeF5 FXeOTeF5 灰黃色液體 Xe OTeF5 2 無色固體 HOSeF5 FXeOSeF5 淺黃色液體 Xe OSeF5 2 晶體 HOSO2CF3 FXeOSO2CF3 0 C 為無色固體 HOSO2CH3 FXeOSO2CH3 0 C 為無色固體 無水 HNO3 FXeNO3 紅棕色 Xe NO3 2 紅棕色 HOPOF2 FXeOPOF2 灰黃色固體 Xe OPOF2 2 灰黃色固體 HN SO2F 2 FXeN SO2F 2 反應通式為： XeF2 HA FXeA HF FXeA 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 XeN 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（如三氟化溴、五氟化砷、五氟化磷或四氟化鈦）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（以乙腈為溶劑）的氟化有以下規律：含 SiCl 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 SiC，SiO 鍵反應。 2 CH3 3SiCl XeF2 2 CH3 3SiF 100 Cl2 Xe 2 C2H5 3SiCl XeF2 2 C2H5 3SiF 100 Cl2 Xe CH3 2SiCl2 XeF2 CH3 2SiF2 100 Cl2 Xe 二氟化氙對僅含 SiH 鍵的矽烷不能直接發生氟化反應，但如果矽烷中同時含有 SiCl 鍵時，則能很快發生氟化反應。反應機理是二氟化氙首先同 SiCl 反應，釋放出的氯隨即將 SiH 鍵轉化為 SiCl 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。 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。 苯的氟化 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 （RCH3，Cl，F，FC6H4C6H4）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，。 含苯氧基的化合物 含苯氧基（C7H7O）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 稠環烴 二氟化氙可用於合成很多稠環烴的氟化物，如 14 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（5Fu Fluorouracil）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： 單質合成：條件可以是加熱、光合成、放電、電子束照射、γ 輻射或以氧或空氣為載氣反應，將裝有單質混合物的透明容器於陽光下曝曬便可合成。反應產物是固體。整個合成過程必須保持氙過量，否則會有過多的副產物四氟化氙影響純度。透過分餾或使用真空管線的選擇性縮合可將其純化。 ： 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 O2 其他氟化物氟化，可用的氟化試劑有四氟化碳、四氟化矽、五氟化鉻、二氟二氯甲烷、次氟酸三氟甲酯 CF3OF、二氟化二氧、二氟化二氮及氟磺酸氟等。 Xe 2CF4 放電 XeF2 C2F6 Xe 2SiF4 放電 XeF2 Si2F6 Xe CrF5 XeF2 CrF3 2 Xe 2 CF2Cl2 2 XeF2 C2Cl4（透過放電管） Xe CF3OF XeF2 COF2（250atm，500K） Xe FSO3F XeF2 SO3（150atm，450K） N2F2 Xe Xe 的氟化物的混合物 N2（80150C） 四氟化氙與氙發生歸中反應： XeF4 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。 First review on the subject by the pioneer of covalent noble gas compounds 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。 參見 四氟化氙 六氟化氙 二氟化氪 二氟化氡 參考資料 馮光熙，黃祥玉。《無機化學叢書》第一卷。51 頁。 擴充套件閱讀 外部連結 WebBook page for XeF2 Category 二價氙化合物 Category 氟化物 Category 非金屬鹵化物 Category 氟化劑