四氟化碳 :无机化合物

更新时间:2023-08-15 17:58

四化碳,化学式为CF4,又称为四氟甲、氟利昂14及R 14。它是一种卤代烃,也可以被视为一种无机化合物。在常温常压下,四氟化碳为无色气体,不溶于水,但溶于苯和三氯甲烷。它具有单斜晶系的结构,在零下198°C时,晶格常数为a = 8.597, b = 4.433, c = 8.381 (.10-1 nm),β = 118.73°。四氟化碳主要用于各种集成电路带电粒子刻蚀工艺,也用作激光气体、低温制冷剂溶剂润滑剂绝缘材料、红外检波管的冷却剂。然而,四氟化碳也是一种强效的温室气体,具有很高的键结合能力,因此需要谨慎使用。

简介

四氟化碳( tetrafluoride),分子式是CF4,亦称全氟化碳

物理性质

熔点183.6℃,

沸点128.1℃,

液体密度(-128℃)1.603g/cm3,

液体折光率(-173℃)1.515,

固体转变点72.2K,

临界温度45.67℃,

临界压力3.73MPa,

临界密度7.1dm3/摩尔

临界压缩因子:0.279

van der Waals面积(cm·mol):4.600×10

an der Waals体积(cm·mol):27.330

Lennard-Jones参数(A):4.5306

Lennard-Jones参数(K):158.90

气相标准(J·mol·K) :261.40

气相标准热熔(J·mol·K):61.05

标准摩尔生成-932.31 kJ/mol,

标准摩尔生成熵261.04J/(mol﹒K),

标准摩尔自由能-929.84 kJ/mol,

标准摩尔生成自由能-887.41 kJ/mol。

市场价格:

约260元/千克

历史

1926年,首次制得纯净的四氟化碳。

化学性质

相对分子量88.00。在常温下,四氟化碳是无色、无臭、不燃的易压缩性气体,挥发性较高,是最稳定的有机化合物之一,不易溶于水。在900℃时,不与铜、、钨、反应,仅在碳弧温度下缓慢分解,微溶于水,在25℃及0.1Mpa下其溶解度为0.0015%(重量比),然而与可燃性气体燃烧时,会分解产生有毒氟化物

环境影响

四氟化碳是一种造成温室效应的气体。它非常稳定,可以长时间停留在大气层中,是一种非常强大的温室气体。它在大气中的寿命约为50,000年,全球增温(全球暖化)系数是6,500(二氧化碳的系数是1)。虽然结构与氟利昂相似,但四氟化碳不会破坏臭氧层。这是因为导致臭氧层破坏的是氟氯烃中的氯原子,它被紫外线辐射击中时会分离。碳-氟键比较强,因此分离的可能性比较低。

合成方法

1.由碳与氟反应,或一氧化碳与氟反应,或碳化硅与氟反应,或萤石与石油焦在电炉里反应,或氟利昂-12氟化氢反应,或四氯化碳氟化银反应,或四氯化碳与氟化氢反应,都能生成四氟化碳。四氯化碳与氟化氢的反应在填有氢氧化铬的高温镍管中进行,反应后的气体经水洗、碱洗除去酸性气体,再通过冷冻,用硅胶除去气体中的水分,最后经精馏而得成品。

2.预先称取5~10g的碳化硅粉末和0.1g的单质硅粉,置于镍盘中,使硅和碳化硅充分接触后,将镍盘放入蒙乃尔合金反应管中,向反应管内通入氟气,氟气先和单质硅反应,反应放热后,氟开始和碳化硅进行反应,通入等体积的干燥氮气以稀释氟气,使反应继续进行,生成气体通过液氮冷却的镍制捕集器冷凝,然后慢慢地气化后,将其通过装有氢氧化钠的洗气瓶除去四氟化硅,随后通过硅胶和五氧化二磷干燥塔得到最终产品。

3.以活性炭与氟为原料经氟化反应制备。在装有活性炭的反应炉中,缓缓通入高浓氟气,并通过加热器加热、供氟速率和反应炉冷却控制反应温度。产品经除尘,碱洗除去HF、CoF2、SiF4、CO2等杂质、再经脱水可获得含量约为85%的粗品。将粗品引入低温精馏釜中进行间歇粗馏,通过控制精馏温度,除去O2、N2、H2,得到高纯CF4。

应用

四氟化碳是目前微电子学工业中用量最大的带电粒子蚀刻气体,其

高纯气及四氟化碳高纯气配高纯氧气的混合体,可广泛应用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨薄膜材料的蚀刻。对于硅和二氧化硅体系,采用CF4-H2反应离子刻蚀时,通过调节两种气体的比例,可以获得45:1的选择性,这在刻蚀多晶硅栅极上的二氧化硅薄膜时很有用。

电子器件表面清洗、太阳能电池的生产、激光技术、气相绝缘、低温制冷、泄漏检验剂、控制宇宙火箭姿态、印刷电路生产中的去污剂等方面也大量使用。

由于化学稳定性极强,CF4还可以用于金属冶炼和塑料行业等。

四氟化碳的溶氧性很好,因此被科学家用于超深度潜水实验代替普通压缩空气。目前已在老鼠身上获得成功,在275米到366米的深度内,小白鼠仍可安全脱险。

用途

用于各种集成电路带电粒子刻蚀工艺,也用作激光气体,用于低温制冷剂溶剂润滑剂绝缘材料、红外检波管的冷却剂

是微电子学工业中用量最大的等离子蚀刻气体,四氟甲烷高纯气及四氟甲烷高纯气、高纯氧的混合气,可广泛应用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨等薄膜材料的蚀刻,在电子器件表面清洗、太阳能电池生产、激光技术、低温制冷、泄漏检验、印刷电路生产中的去污剂等方面也大量使用。

用作低温制冷剂及集成电路的等离子干法蚀刻技术。

包装贮运

包装,标志及贮运

四氟化碳的充装及贮运应符合《气瓶安全监察规程》的相关规定。

包装四氟化碳的气瓶应符合GB 5099,GB/T 11640 的规定。

推荐使用内表面处理的气瓶。推荐使用CG空中客车A350 钢阀。

应防止瓶口被污染和泄露。

四氟化碳的充装应符合GB14194的相关规定。

气瓶颜色标志应符合GB7144的规定。

运输时,四氟化碳气瓶上应附有GB 190 中制定的标志。

包装容器上应标明“电子四氟化碳”字样。

四氟化碳的充装量的质量计。

四氟化碳出厂时应附有质量合格证,其内容至少应包括:

产品名称,生产厂名称

生产日期或批号,充装质量(KG)

标准号及技术指标,检验员号。

四氟化碳成品应存放在阴凉,干燥,通风的库房内,严禁曝晒,远离热源。

储存注意事项:储存于阴凉、通风的不燃气体专用库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易(可)燃物、氧化剂分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。

安全

吸入四氟化碳的后果与浓度有关,包括头痛、恶心、头昏眼花及心血管系统的破坏(主要是心脏)。长时间接触会导致严重的心脏破坏。

四氟化碳的密度比较高,可以填满地面空间范围,在不通风的地方会导致窒息。

毒理学数据

1.急性毒性 水溶性偶氮引发剂资料

2.刺激性 暂无资料

3.其他 LCLo:895000ppm(大鼠吸入,15min)

分子结构数据

1、摩尔折射率:7.3

2、摩尔体积(m3/mol):66.8

3、等张比容(90.2K):105.0

4、表面张力(dyne/cm):6.0

5、介电常数:无可用

6、偶极距(10-24cm3):无可用

7、极化率:2.89

计算化学数据

1、疏水参数计算参考值(XlogP):1.8

2、氢键供体数量:0

3、氢键受体数量:4

4、可旋转化学键数量:0

5、互变异构体数量:

6、拓扑分子极性表面积(TPSA):0

7、重原子数量:5

8、表面电荷:0

9、复杂度:19.1

10、同位素原子数量:0

11、确定原子立构中心数量:0

12、不确定原子立构中心数量:0

13、确定化学键立构中心数量:0

14、不确定化学键立构中心数量:0

15、共价键单元数量:1

生态学数据

1.生态毒性 水溶性偶氮引发剂资料

2.生物降解性 暂无资料

3.非生物降解性 暂无资料

4.其他有害作用 温室气体,其造成温室效应的作用是二氧化碳的数千倍。氟代烃的低层大气中比较稳定,而在上层大气中可被能量更大的紫外线分解。

性质与稳定性

常温常压下稳定,避免强氧化剂、易燃或可燃物。不燃气体,遇高热后容器内压增大,有开裂、爆炸危险。化学性质稳定,不燃。常温下只有液氨试剂能发生作用。

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