Фтори́д кислоро́да(II) ( дифтори́д кислоро́да ) — бинарное неорганическое соединение кислорода и фтора с формулой O F ₂ . При нормальных условиях представляет собой бесцветный ядовитый газ , конденсирующийся при охлаждении в светло-жёлтую (в толстых слоях золотисто-жёлтую) жидкость . Фторид кислорода(II) имеет раздражающий запах , несколько отличающийся от запаха фтора (смесь запаха хлорной извести и озона ).

Открытие

Дифторид кислорода был открыт впервые в 1929 году и , а спустя некоторое время подробно изучен Руффом и Менцелем.

Систематическое название

В литературе иногда это соединение называют оксидом фтора (F ₂ O). Однако это неверно, так как атом фтора более электроотрицателен , чем кислород, и по правилам IUPAC это соединение должно называться именно фторидом кислорода (OF ₂ ), хотя общая электронная пара практически не смещается от атома кислорода в сторону атома фтора .

Физические свойства

Жидкий фторид кислорода неограниченно смешивается с жидкими озоном , фтором , кислородом . Плохо растворяется в холодной воде (примерно 7:100 по объёму). При этом достаточно хорошо растворяет воздух .

Молекула обладает слабым дипольным моментом , равным 0,3 Д .

Получение

• Получение фторида кислорода(II) до сих пор проводят по так называемому «щелочному» способу пропусканием газообразного фтора в 2 % (0,5 н.) водный раствор гидроксида натрия (NaOH). Помимо фторида кислорода(II) параллельно образуются пероксид водорода и озон :

${\displaystyle {\mathsf {2F_{2}+2NaOH\rightarrow OF_{2}\uparrow +2NaF+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {24F_{2}+18NaOH\rightarrow 9OF_{2}\uparrow +12HF+18NaF+3H_{2}O_{2}+O_{3}\uparrow }}}$

• Возможно также получение фторида кислорода(II) электролизом водного раствора HF .
• При горении воды в атмосфере фтора также частично образуется дифторид кислорода и пероксид водорода . Это происходит за счёт протекания радикальных реакций:

${\displaystyle {\mathsf {F_{2}+H_{2}O\rightarrow 2HF\uparrow +O:}}}$ — инициация свободных радикалов с образованием бирадикала O:

${\displaystyle {\mathsf {2O:\rightarrow O_{2}}}}$ — доминирующий процесс

${\displaystyle {\mathsf {O:+H_{2}O\rightarrow H_{2}O_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {O:+F_{2}\rightarrow OF_{2}\uparrow }}}$

Чтобы получить чистый фторид кислорода взаимодействием воды со фтором, нужно проводить эту реакцию при −40 °C. Реакция идёт по радикально-цепному механизму:

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+2F_{2}\xrightarrow {-40^{o}C} \ OF_{2}\uparrow +2HF}}}$

• Взаимодействие кислорода со фтором под действием ультрафиолета или электрического разряда . Кислород под действием ультрафиолета разлагается на свободные радикалы :

${\displaystyle {\mathsf {O_{2}+2F_{2}\xrightarrow {UV} \ 2OF_{2}\uparrow }}}$

Химические свойства

Дифторид кислорода — весьма энергичный окислитель , и в этом отношении напоминает по силе свободный фтор, а по механизму окисления — озон, но реакции с участием фторида кислорода(II) требуют более высокой энергии активации , так как на первой стадии происходит образование атомарного кислорода (как и у озона). Термическое разложение фторида кислорода(II) представляет собой мономолекулярную реакцию с энергией активации 41 ккал/моль и начинается только при температуре выше 200 °C.

При растворении в горячей воде подвергается гидролизу . При этом образуется фтороводород и обычный кислород . В щелочной среде разложение протекает достаточно быстро.

Смесь паров дифторида кислорода и воды взрывоопасна:

${\displaystyle {\mathsf {OF_{2}+H_{2}O\rightarrow 2HF\uparrow +O_{2}\uparrow }}}$

Фторид кислорода(II) не действует на сухое стекло и кварц , но действует (интенсивно) на металлическую ртуть , что исключает применение ртути в приборах с фторидом кислорода(II). На смазку для газовых кранов фторид кислорода(II) действует очень медленно.

Взаимодействие с металлами

На меди , платине , золоте , серебре фторид кислорода(II) образует лишь тончайшие защитные плёнки фторидов , что позволяет использовать эти металлы в контакте с фторидом кислорода(II) при комнатной температуре. При повышении температуры до 250 °C происходит дальнейшее окисление металлов. Наиболее подходящими металлами для работы с дифторидом кислорода являются алюминий и магний . Нержавеющие стали , никель , монель-металл , магниевомедный сплав (92/8), латунь и медь также мало изменяются в весе при воздействии фторида кислорода(II) в течение 1...1,5 недели при 100 °C.

Применение

Благодаря высокой энергии активации разложения фторида кислорода(II), это соединение можно сравнительно безопасно смешивать с многими углеводородами , водородом , моноокисью углерода и прочими веществами, что чрезвычайно важно в практическом плане использования фторида кислорода(II) в качестве высокоэффективного окислителя ракетного топлива . Так как фторид кислорода(II) не взрывается при смешивании с горючими материалами и при нагревании (сам по себе) то его применение вполне безопасно.

Токсичность

Фторид кислорода(II) OF ₂ (дифторид кислорода) чрезвычайно токсичен (степень токсичности сопоставима с таковой фосгена COCl ₂ ), гораздо более ядовит , чем элементарный фтор , так как вызывает сильнейшее раздражение тканей организма, очень глубоко проникает и растворяется в них (глубже чем фтор), затрудняет дыхание. По токсикологии NFPA 704 ему присвоена высшая токсичность . Класс токсичности – 1.

Смертельная доза ( LC50 ) — 1—2 мг/(м ³ ·час) (даже меньше, чем у синильной кислоты ).

Дифторид кислорода опасен для окружающей среды .

Упоминания в литературе

В фантастической новелле Роберта Л. Форварда «Камелот 30К» дифторид кислорода был использован как биохимический растворитель для живых форм, живущих в поясе Койпера Солнечной системы . Хотя при 30 К фторид кислорода будет твёрдым, вымышленные инопланетные организмы являются эндотермическими и благодаря радиотермическому нагреву могут использовать жидкий фторид кислорода в качестве крови.

См. также

• Диоксидифторид
• Соединения фтора в ракетной технике

Примечания

Литература

• Сарнер С. Химия ракетных топлив (рус.) . — М. : Мир, 1969.
• Schmidt E. W., Harper J. T. Handling and Use of Fluoride and Fluorine-Oxygen Mixtures in Rocket Systems (NASA SP-3037) (англ.) . — Cleveland, Ohio: Lewis Research Center, 1967.