二氟化氙

**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 Xe–F 鍵長為 197.73±0.15 pm ，固態下則是 200 pm 。固體 XeF 
2 中的堆積排列表明，相鄰分子的氟原子避開了每個 XeF 
2 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，XeF 
2 轉換成一個半導體，由 XeF 
4 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 XeF 
8 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，在室溫下容易升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 BrF 
5、BrF 
3、無水氟化氫、 乙腈、NOF・3HF 和五氟化碘中，並不發生電離。二氟化氙在氟化氫里的溶解度很高，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。

## 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。

　
: ${\rm {\ 2XeF_{2}+2H_{2}O\rightarrow 2Xe+O_{2}+4HF}}$

* 與鹼反應：

　
: ${\rm {\ 2XeF_{2}+4OH^{-}\rightarrow 2Xe+O_{2}+4F^{-}+2H_{2}O}}$

* 與雙氧水反應，中間產物有自由基 O、OH、XeF，以及 HO2。

　
: ${\rm {\ 2XeF_{2}+H_{2}O_{2}\rightarrow Xe+O_{2}+2HF}}$

### 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，釋出的氙可以循環使用，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 + 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 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里呈分子狀態，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 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 + 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 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。

　
: (CH 
3) 
3As + XeF 
2 → (CH 
3) 
3AsF 
2 + 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性能，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+ （R=CH3，Cl，F，F-C6H4-C6H4-）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，有很重要的實際意義。

**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性能，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 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（5-Fu, 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。通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（通過放電管）

　
: Xe + CF3OF → XeF2 + COF2（250atm，500K）

　
: Xe + FSO3F → XeF2 +SO3（150atm，450K）

　
: N2F2 + Xe → Xe 的氟化物的混合物 + N2（80-150°C）

* 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，儘管較晚發布， XeF2 最早是由明斯特大學的 Rudolf Hoppe 於 1962 年初通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窗口的全鎳系統合成 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 報導說，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。

## 擴展閱讀

* Greenwood, Norman Neill; Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements 2nd. Butterworth-Heinemann. 1997: 894. ISBN 978-0-7506-3365-9.

## 外部連結

* WebBook page for XeF2（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）