二氟化氙

二氟化氙（化学式：XeF2）是最稳定的氙化合物之一，可长期处放在镍制容器中或干燥的石英和玻璃器皿中而不发生变化。

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同其他氟化氙相比较，二氟化氙是一种温和的氧化剂和氟化剂，可生成多种氙化合物。和大部分共价无机氟化物一样，二氟化氙对水敏感。它遇到 水蒸气或光时会分解，不过收藏在容器内就没问题。二氟化氙是一种密度大的白色晶体。

它具有卤素气味，并且蒸汽压低。

## 结构

二氟化氙是一种线形分子。二氟化氙蒸汽的 Xe–F 键长为 197.73pm，固态下则是 200 pm。固体XeF2中的堆积排列表明，相邻分子的氟原子避开了每个XeF2分子的赤道区域。这与VSEPR理论的预测一致，该理论预测氙原子的赤道区域周围有3对非键合电子。

在高压下，可以获得新颖的非分子形式的二氟化氙。在 ~50 GPa的压强下，XeF2 转换成一个半导体，由XeF4 单元组成一个二维的晶体，就像石墨。在更高压力下，超过 70 GPa，它变成金属性，含有XeF8 单元的三维结构。但是，最近的理论研究对这些实验结果产生了怀疑。

Xe–F 键较弱。XeF2 的总键能为267.8 kJ/mol (64.0 kcal/mol)第一和第二键能分别为184.1 kJ/mol (44.0 kcal/mol) 和 83.68 kJ/mol (20.00 kcal/mol)。但是，XeF2比KrF2强得多，后者的总键能仅为92.05 kJ/mol (22.00 kcal/mol)，是XeF2的三分之一。

## 物理性质

二氟化氙是一种无色固体，在室温下容易升华而形成大的透明晶体。二氟化氙蒸气是无色的，具有类似卤素的气味

二氟化氙易溶于BrF5、BrF3、无水氟化氢、乙腈、NOF·3HF､五氟化碘和二氧化硫中，并不发生电离。二氟化氙在氟化氢里的溶解度很高，29.95 °C 下的溶解度为 167 g 每 100 g HF。固体二氟化氙晶体属于体心四方晶系，a=431.5pm，c=699.0pm，键长约为200pm。二氟化氙气态时是一种直线型的分子，对称群为D∞h，键长比固态略短，为197.7pm，其中的Xe-F键具有一定离子键的性质，这可以用三中心四电子键来解释。

## 化学性质

### 基本反应

- 与氢气反应定量地放出氙和生成氟化氢，通常用这个反应来分析二氟化氙。

$$\rm \ XeF_2 + H_2 \xrightarrow{673K} Xe + 2HF$$

- 与氟气反应：XeF2可进一步与单质氟反应生成XeF4和XeF6。

$$\rm \ XeF_2 + F_2 \xrightarrow{473K} XeF_4$$

$$\rm \ XeF_4 + F_2 \xrightarrow{673K} XeF_6$$

O2F2也可以将XeF2进一步氟化成为XeF4和XeF6。

- 与水反应，中间产物可能有XeO自由基、H2O2、XeF+等。

$$\rm \ 2XeF_2 + 2H_2O \rightarrow 2Xe + O_2 + 4HF$$

$$\rm \ 2XeF_2 + 4OH^- \rightarrow 2Xe + O_2 + 4F^- + 2H_2O$$

- 与双氧水反应，中间产物有自由基O、OH、XeF，以及HO2。

$$\rm \ 2XeF_2 + H_2O_2 \rightarrow Xe + O_2 + 2HF$$

### 不生成氙化合物

#### 同无机物的反应

二氟化氙是一种具有氧化性的氟化剂，往往会同时发生氧化和氟化反应。二氟化氙被还原时放出氙，但不生成氙化合物。作为氟化剂来说，无论从热力学还是动力学的观点，二氟化氙的氟化本领不如单质氟或某些氟化物，显示出有一定的钝性：

ClF5 > BrF5 > IF7 > ClF > BrF3 > XeF2 > IF5 > BrF

也正因为如此，用二氟化氙作氟化剂比较安全和操作方便。

此外，二氟化氙在反应后，氙一般不会进入到产物中，释出的氙可以循环使用，所以它是一种很好的氟化剂。它可以氟化许多无机化合物，并且是一种选择性很好的无机物氟化剂。二氟化氙只有在气相和非水溶液中才具有氟化性质，在水溶液中它只能起氧化剂的作用。

#### 同有机物的反应

有机化合物的氟化是近代化学的重要课题。用单质氟作氟化剂，由于技术和安全方面的困难，受到很大限制，反应剧烈不易控制，可引起有机化合物的断链，或者一直进行到生成全氟化合物。利用其他氟化剂，如氟化氢、某些金属氟化物、卤素氟化物，虽然也可以同有机化合物发生氟化取代反应，但反应物的产率一般都较低，选择性也较差。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-氧化性质太强，可引起有机物的断链。唯独二氟化氙的氟化性比较温和，又比较稳定，操作比较安全，而且反应物的产率和氟化选择性也都比较好。

#### 非环化合物

用二氟化氙作氟化剂可以使烯烃的氟化反应得到一定的改善。气相氟化反应在室温下按下式进行：

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二氟化氙能溶于乙腈中，在室温下只是单纯溶解，不发生化学反应；当升高温度到乙腈的沸点时，二氟化氙才会对乙腈发生氟化。然而在痕量的路易斯酸（如三氟化溴、五氟化砷、五氟化磷或四氟化钛）存在时，二氟化氙就会同乙腈发生氟化-氧化反应并放出氙。对于路易斯酸在这里所起的作用，有人提出如下解释：二氟化氙溶解在这些溶剂里呈分子状态，没有发生电离；当加入路易斯酸时，二氟化氙电离而产生XeF+和Xe2F3+,这些物种反应能力比二氟化氙强得多

氟代硅烷是有实际意义的化合物。二氟化氙对硅烷（以乙腈为溶剂）的氟化有以下规律：含Si-Cl键的硅烷同二氟化氙反应时只需几分钟，就能完成氟同氯之间的交换反应，生成氟代硅烷；但二氟化氙不同Si-C，Si-O键反应。

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

二氟化氙对仅含Si-H键的硅烷不能直接发生氟化反应，但如果硅烷中同时含有Si-Cl键时，则能很快发生氟化反应。反应机理是二氟化氙首先同Si-Cl反应，释放出的氯随即将Si-H键转化为Si-Cl键。这样，二氟化氙就能将它进一步氟化成为二氟代硅烷了。

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在氟化三甲基砷的时候，二氟化氙只会氟化砷原子，而不会影响甲基。

(CH3)3As + XeF2 → (CH3)3AsF2 + Xe

#### 碳环化合物

二氟化氙对碳环化合物具有优良的选择性氟化性能，比传统的氟化过程简便。

苯的氟化

二氟化氙对苯直接氟化制取氟苯有良好的效果，以四氯化碳为溶剂，产率为68%。反应机理为自由基反应。除氟代苯外，还生成了少量的联苯。苯的同系物甲苯、氯苯等同二氟化氙反应，也生成少量的联苯。体系的电子顺磁共振谱表明有对位R(C6H4)2R+ （R=CH3，Cl，F，F-C6H4-C6H4-）自由基存在。二氟化氙可将电极电势较高的化合物变为阳离子自由基，起到R(C6H4)2R+自由基生成剂的作用，有很重要的实际意义。

含苯氧基的化合物：含苯氧基（C7H7O）的氟化合物是有价值的药物，用传统的氟化方法合成流程较长。利用二氟化氙的选择性氟化性能，直接对苯环进行氟化，只需一步反应就可完成，例如：

C6H5OCH3 + XeF2 -(CH2Cl2)→ C6H4(OCH3)F (71%)

稠环烃：二氟化氙可用于合成很多稠环烃的氟化物，如1,4-二氟代萘以及与蒽、芘反应的产物。

#### 杂环化合物

5-氟代尿嘧啶（5-Fu, Fluorouracil）是一种有价值的药物，可用来抗癌。在生物化学方面，它是同核酸有关的一类化合物。在室温下尿嘧啶可以被二氟化氙一步直接氟化成为5-氟代尿嘧啶。

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### 生成氙化合物

二氟化氙可与酸反应，生成对应的氟化氙衍生物。这是目前制取氙(II)化合物的重要途径之一。

反应物HA｜生成的氙化合物

一取代物 FXeA｜二取代物 XeA2

HOSO2F｜FXeOSO2F 无色固体｜Xe(OSO2F)2 黄色固体，在100K时无色

HOClO3｜FXeOClO3 无色物（熔点16.5 °C）｜Xe(OClO3)2 >0 °C为红色液体并分解

HOTeF5｜FXeOTeF5 灰黄色液体｜Xe(OTeF5)2 无色固体

HOSeF5｜FXeOSeF5 浅黄色液体｜Xe(OSeF5)2 晶体

HOSO2CF3｜FXeOSO2CF3 <0 °C为无色固体｜/

HOSO2CH3｜FXeOSO2CH3 <0 °C为无色固体｜/

无水HNO3｜/ XeF2·HNO3(无色)｜/ XeF2·HNO3 (无色)

HOPOF2｜FXeOPOF2 灰黄色固体｜Xe(OPOF2)2 灰黄色固体

CF3COOH｜FXeOCOCF3 无色固体｜Xe(OCOCF3)2 黄色固体，在195K时无色

HN(SO2F)2｜FXeN(SO2F)2白色粉末｜XeN(SO2F)22极不稳定的白色固体(低产率)

HN(SO2CF3)2｜/｜XeN(SO2CF3)22白色固体(低产率)

反应通式为：

XeF2 + HA → FXeA + HF

FXeA + HA → XeA2 + HF

其中HA是质子酸，A是电负性较强的基团。

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- 在-25℃的低温条件下，将二氟化氙与三氟乙酸按化学计量比1:2于二氯甲烷中反应，可以得到含双-(三氟乙酸)氙(Ⅱ)的浅黄色溶液

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- 该溶液在-78℃下为无色

一些氟离子受体和二氟化氙作用也可产生对应的氙化合物：

与五氟化锑的反应

2XeF2 + SbF5→ Xe2F3+SbF6−

XeF2＋SbF5 →XeF+SbF6-

与三氧化硫的反应

SO3＋XeF2 → FXeOSO2F

SO3＋FXeOSO2F→Xe(OSO2F)2

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反应通式为：

2XeF2 + A(Lewis酸) → Xe2F3AF

XeF2 + A(Lewis酸) → XeFAF

XeF2 + 2A(Lewis酸) → XeAF2

这些氙化合物的稳定性都不如二氟化氙，并且同水反应生成氙、氧和相应的酸或酸的水解产物。只有HOTeF5和HOSeF5形成的化合物较稳定，在100℃以上才开始分解。Xe(OTeF5)2与水反应很慢，但在碱性溶液反应剧烈。值得一提的是，核磁共振和拉曼光谱证实，FXeN(SO2F)2含有Xe-N键。FXeOSO2F一端与氟原子相连，另一端与氟磺酸基团中的氧相连。

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## 合成方法

合成二氟化氙的方法有：

- 单质合成：条件可以是加热、光合成、放电、电子束照射、γ-辐射或以氧或空气为载气反应，将装有单质混合物的透明容器于阳光下曝晒便可合成。反应产物是固体。整个合成过程必须保持氙过量，否则会有过多的副产物四氟化氙影响纯度。通过分馏或使用真空管线的选择性缩合可将其纯化。

Xe + F2 → XeF2

在 1965年，人们发现氙和二氟化二氧反应会产生二氟化氙。

Xe + O2F2 → XeF2 + O2

- 其他氟化物氟化，可用的氟化试剂有四氟化碳、四氟化硅、五氟化铬、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 -放电→ XeF2 + C2F6

Xe + 2SiF4 -放电→ XeF2 + Si2F6

Xe + CrF5 → XeF2 + CrF3

2 Xe + 2 CF2Cl2 → 2 XeF2 + C2Cl4（通过放电管）

Xe + CF3OF → XeF2 + COF2（250atm，500K）

Xe + FSO3F → XeF2 +SO3（150atm，450K）

N2F2 + Xe → XeF2(含其他的氙氟化物）+ N2（80-150°C）

XeF4 + Xe -高压→ 2XeF2

## 报告

XeF2的第一个公开报告是在1962年10月由Chernick等人撰写的。但是，尽管较晚发布， XeF2 最早是由明斯特大学的Rudolf Hoppe于1962年初通过使氟气和氙气的混合物在放电中反应而发现的。这些报告发表后不久，阿贡国家实验室的Weeks，Cherwick和Matheson报告了使用具有透明氧化铝窗口的全镍系统合成XeF2的过程，在紫外线源照射下，氙和氟气在低压下反应，得到XeF2。Williamson 报道说，该反应在干燥的派热克斯玻璃灯泡中，标准大气压下，以太阳光为紫外线源，反应过程同样良好。他注意到即使在阴天，也可以进行二氟化氙的合成。

在先前的合成中，会有纯化氟气以除去氟化氢的步骤。Šmalc和Lutar发现，如果跳过此步骤，反应速率将以原始速率的四倍进行。

## 参考资料

- 冯光熙，黄祥玉。《无机化学丛书》第一卷。51页。

## 外部链接

- WebBook page for XeF2

## 基本资料

- IUPACName：xenon(II) fluoride
- 其他名称：氟化氙(II)
- ChemSpiderID：75497
- InChI：1/F2Xe/c1-3-2
- InChIKey：IGELFKKMDLGCJO-UHFFFAOYAE
- StdInChI：1S/F2Xe/c1-3-2
- StdInChIKey：IGELFKKMDLGCJO-UHFFFAOYSA-N
- CASNo：13709-36-9
- PubChem：83674
- 3D模型（JSmol）：FXeF
- 化学式：XeF2
- MolarMass：169.2968
- 外貌：无色透明晶体
- 密度：4.32 g/cm3
- 水溶性：缓慢分解、2.5 g/100mL, 0 °C
- MeltingPt：129 °C
- BoilingPt：114 °C 昇华
- VaporPressure：6.0e2Pa
- MolShape：直线型
- CrystalStruct：平行XeF2单位
- Dipole：0 D
- DeltaHf：−108 kJ·mol−1
- 熵：254 J·mol−1·K−1
- MainHazards：会腐蚀裸露的组织，与水分接触时释放有毒的化合物。
- OtherCations：XeF4、XeF6、XeO3
- 类型：氟化物
- OtherFunctn：KrF2、RnF2、OF2