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五氟化銻
一種金屬銻的氟化物
五氟化銻(Antimony Pentafluoride)是金屬銻的氟化物，為無機(jī)物，化學(xué)式為SbF?。五氟化銻外觀呈無色油狀液體，有刺激性氣味，具有高粘性與吸濕性，可溶于過量水和冰醋酸，也可溶于氟化鉀、液態(tài)二氧化硫等。其分子量為216.74，密度為2.99 g/cm3(23 ℃)。五氟化銻受熱或遇酸時會分解放出劇毒氣體氟氣。五氟化銻也具有酸性，是一種路易斯酸，其可與水反應(yīng)，發(fā)出聲響并生成五氟化銻二水合物，也可與鹵素、亞硝酰氟、硫和碳酸鈉等物質(zhì)反應(yīng)，易生成穩(wěn)定的加合物。
基本信息
中文名
五氟化銻
英文名
Antimony Pentafluoride
CAS號
7783-70-2
性質(zhì)
化學(xué)式
SbF?
結(jié)構(gòu)式
摩爾質(zhì)量
216.74
外觀
無色油狀液體
氣味
刺激性氣味
密度
2.99 g/cm3(23 ℃)
熔點(diǎn)
8.3 ℃
沸點(diǎn)
149.5 ℃
溶解性
溶于過量水和冰醋酸，溶于氟化鉀、液態(tài)二氧化硫
表面張力
0.20 N/m(20 ℃)
黏度
0.768 cP(24.4 ℃)
蒸氣壓
1.33 kPa(25 ℃)
危險性
NFPA 704
藍(lán)4：可能致命。
紅0：在普通火災(zāi)情況下不會燃燒。
黃1：通常穩(wěn)定，但在高溫高壓下不穩(wěn)定。
分子結(jié)構(gòu)
五氟化銻球棍模型
在氣相狀態(tài)下，五氟化銻為三角雙錐結(jié)構(gòu)，而在液態(tài)和固態(tài)時，五氟化銻屬單斜晶系，B2?/m空間群，分子以四聚體的形式呈之字鏈接排列，具有順氟橋結(jié)構(gòu)，兩個小單元中的銻原子由順氟橋連接形成扭曲的八面體配位結(jié)構(gòu)。兩種Sb-F鍵平均鍵長分別為1.82 ?和2.02 ?，兩種Sb-F-Sb鍵角分別為170°和141°。四聚體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
五氟化銻四聚體結(jié)構(gòu)
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
五氟化銻外觀呈無色油狀液體，有刺激性氣味，具有高粘性與吸濕性，溶于過量水和冰醋酸，亦溶于氟化鉀、液態(tài)二氧化硫等。其分子量為216.74，密度為2.99 g/cm3(23 ℃)，熔點(diǎn)為8.3 ℃，沸點(diǎn)為149.5 ℃，蒸氣壓為1.33 kPa(25 ℃)，黏度為0.768 cP(24.4 ℃)，表面張力為0.20 N/m(20 ℃）。
化學(xué)性質(zhì)
五氟化銻是一種強(qiáng)氧化劑，具有腐蝕性，能緩慢腐蝕玻璃等物質(zhì)，受熱或遇酸時會分解放出劇毒氣體氟氣。五氟化銻也具有酸性，是一種路易斯酸，其可與水反應(yīng)，發(fā)出聲響并生成五氟化銻二水合物，也可與鹵素、亞硝酰氟、硫和碳酸鈉等物質(zhì)反應(yīng)。
與水反應(yīng)
五氟化銻可與水反應(yīng)，與水接觸時發(fā)出聲響，生成二水合物SbF?·2H?O，反應(yīng)方程式如下：
與鹵素反應(yīng)
五氟化銻可與鹵素反應(yīng)，生成混合的五鹵化物，如將其與碘加熱至碘沸點(diǎn)以上時，生成暗棕色的SbF?I；加熱至160-220 ℃時，生成暗綠色的(SbF?I)?I晶體，反應(yīng)方程式如下。五氟化銻還可與其他鹵素反應(yīng)，如與氯反應(yīng)可生成SbCI?F、SbCI?F?和SbCI?F?。
與亞硝酰氟反應(yīng)
五氟化銻可與亞硝酰氟(NOF)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的加合物SbF?·NOF。反應(yīng)方程式如下：
與硫反應(yīng)
五氟化銻可與硫反應(yīng)。硫溶解在五氟化銻中，形成深藍(lán)色溶液，可析出SbF?S結(jié)晶。SbF?S可進(jìn)一步與水反應(yīng)，生成三氟化銻、硫沉淀、氟化氫和氟化亞硫酰，氟化亞硫酰再與水反應(yīng)可生成二氧化硫氣體。反應(yīng)方程式如下：
與碳酸鈉反應(yīng)
與氟化鉀反應(yīng)
五氟化銻可與氟化鉀反應(yīng)。與氟化鉀反應(yīng)時，生成KF·SbF?；與氟化鉀和水共同反應(yīng)時，生成閃光晶體SbF?·(KF)?·H?O。反應(yīng)方程式如下：
與六氟合錳酸鉀反應(yīng)
五氟化銻可在150 ℃條件下與六氟合錳酸鉀反應(yīng)，生成六氟合銻酸鉀、三氟化錳和氟氣。反應(yīng)方程式如下：
制備方法
五氯化銻-氟化氫
五氟化銻可由五氯化銻與氟化氫反應(yīng)制得。首先向裝有氣體導(dǎo)入管、回流冷凝器、溫度計套管的鋁制反應(yīng)器中投入五氯化銻，導(dǎo)入氟化氫氣體，加熱至停止產(chǎn)生氯化氫后進(jìn)行冷卻，接著將回流冷凝器升溫，以蒸出未反應(yīng)的氟氣，最后加熱除盡氟化氫。此時反應(yīng)器中的剩余物即為粗五氟化銻，將其分餾即得五氟化銻成品。反應(yīng)方程式如下：
三氧化二銻-過氧化氫-氟化氫
五氟化銻可由三氧化二銻與過氧化氫和氟化氫反應(yīng)制得。三氧化二銻與過氧化氫和氟化氫反應(yīng)，生成H?OSbF?，再將H?OSbF?與COF?反應(yīng)即可制得五氟化銻。反應(yīng)方程式如下：
三氧化二銻-氟氣
五氟化銻可由三氧化二銻與氟氣反應(yīng)制得。首先使原料氟氣凈化，去除氟氣中含有不能冷凝的高沸點(diǎn)雜質(zhì)氣體，然后將氟氣和三氧化二銻進(jìn)行合成反應(yīng)生成液態(tài)五氟化銻粗產(chǎn)品，再通過精餾工藝，使液態(tài)五氟化銻粗產(chǎn)品氣化、冷凝，去除粗產(chǎn)品中的雜質(zhì)氣體后得到高純度的液態(tài)五氟化銻產(chǎn)品。該法設(shè)備簡單、操作方便、設(shè)備運(yùn)行安全，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、純度高。反應(yīng)方程式與流程圖如下：
三氧化二銻-氟氣制備五氟化銻工藝流程圖
金屬銻-氟氣
五氟化銻可由金屬銻與氟氣反應(yīng)制備得。將金屬銻塊進(jìn)行破碎，加入反應(yīng)器中，反應(yīng)器抽負(fù)壓并加熱，以除去反應(yīng)器和物料中的水份。再向反應(yīng)器中通入氮?dú)?/a>加壓到常壓，緩慢通入氟氣，反應(yīng)生成五氟化銻蒸汽，反應(yīng)開始升溫，經(jīng)多次放空直到緩沖罐壓力不再上升為止，將五氟化銻蒸汽通過冷凝回流的方式制得五氟化銻成品。反應(yīng)方程式與裝置圖如下：
金屬銻-氟氣制備五氟化銻裝置圖
三氟化銻-氟氣
五氟化銻可由三氟化銻與氟氣反應(yīng)制得。將氟氣通入氣態(tài)三氟化銻中，在加熱狀態(tài)下可緩慢生成五氟化銻，反應(yīng)方程式如下：
檢測方法
電感耦合等離子體發(fā)射光譜法
五氟化銻可由電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行檢測。由于五氟化銻中銻元素存在三價和五價兩個價態(tài)，通過檢測三氟化銻的含量即可間接實(shí)現(xiàn)對五氟化銻純度的檢測。利用氧化還原滴定法對三價銻含量進(jìn)行測量，再將樣品溶液在206.836 nm處用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行分析得銻元素總含量。由銻元素總含量中減去三價銻含量，即得五價銻含量。該法簡便易行、便于操作，測量精度高，適用于以氟氣和單質(zhì)銻為原料制備的五氟化銻產(chǎn)品純度的檢測。
試紙檢測法
五氟化銻含量可由試紙進(jìn)行檢測。將苯芴酮、十六烷基三甲基溴化銨、抗壞血酸及草酸與無水乙醇配制成四種溶液，再將上述四種溶液混合即配制成浸漬液，濾紙浸泡于浸漬液中，取出干燥即得檢測試紙。使用時將檢測試紙浸入樣品溶液中，試紙取出后經(jīng)顯色反應(yīng)變?yōu)殚偌t色，隨著待測液中銻離子濃度的增加，所顯顏色從淺橘紅色逐漸加深為深橘紅色，根據(jù)顏色的深淺即可半定量檢測銻離子的含量，進(jìn)一步可得五氟化銻含量。
其他檢測方法
應(yīng)用領(lǐng)域
制備超強(qiáng)酸
五氟化銻可用于制備超強(qiáng)酸氟磺酸-五氟化銻、氟化氫-五氟化銻等。在氟磺酸中加入作為路易斯酸的五氟化銻，反應(yīng)生成HSO?F·SbF?超強(qiáng)酸，酸性極大增強(qiáng)。當(dāng)氟磺酸和五氟化銻物質(zhì)的量比為1:1時，所生成的超強(qiáng)酸H?值為﹣25。在無水氫氟酸中加入五氟化銻時生成HF·SbF?超強(qiáng)酸，簡稱氟銻酸。反應(yīng)方程式如下：
HSO?F·SbF?結(jié)構(gòu)式
有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域
氟化劑
五氟化銻可在有機(jī)反應(yīng)中作氟化劑。如用于鹵化物的鹵置換反應(yīng)中，即有機(jī)鹵化物與無機(jī)鹵化物之間進(jìn)行鹵原子的交換，又稱Finkelstein鹵素交換反應(yīng)。使用五氟化銻的特點(diǎn)是其可以選擇性作用于同一碳原子的多鹵原子，而不與單鹵原子交換。如CCl?CH?CH?Cl在五氟化銻和三氟化銻的共同作用下，生成CF?CH?CH?Cl和CF?ClCH?CH?Cl，反應(yīng)方程式如下。此外，五氟化銻還能通過其他取代或加成等反應(yīng)向有機(jī)化合物分子中引入氟原子，也是合成含氟炸藥及其中間體的重要原料。
催化劑
五氟化銻可在有機(jī)反應(yīng)中作催化劑，如烷烴的異構(gòu)化、芳烴的烷基化以及氧化、酯化、聚合等反應(yīng)。烷烴在一般條件下活性很低，難以發(fā)生離子型反應(yīng)，但在五氟化銻形成的超強(qiáng)酸中，其在較低溫度下也能發(fā)生質(zhì)子化，從而引起各種化學(xué)反應(yīng)。超強(qiáng)酸能使烷烴發(fā)生縮聚反應(yīng)，可用于天然氣中甲烷、乙烷等簡單烷烴制取燃料汽油。超強(qiáng)酸還可在室溫下使烷烴異構(gòu)化，如己烷、庚烷等，可用于提高汽油的辛烷值。
形成碳正離子
五氟化銻可用于有機(jī)物中碳正離子的形成，以研究碳正離子其結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的關(guān)系。如將叔丁基氟溶于過量五氟化銻中，可形成叔丁基正離子。由于碳正離子可穩(wěn)定地長期存在于超強(qiáng)酸中，所以五氟化銻形成的超強(qiáng)酸如HSO?F·SbF?、HF·SbF?也可用于碳正離子的形成，反應(yīng)方程式如下：
高分子領(lǐng)域
五氟化銻可用于高分子領(lǐng)域。當(dāng)五氟化銻作摻雜劑對導(dǎo)電聚合物或?qū)щ姼叻肿踊衔镞M(jìn)行摻雜時，因其為易接受電子的電子受體物質(zhì)，所以可通過形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物而提高聚合物或高分子化合物的導(dǎo)電性。此外，五氟化銻可用于硫化膠表面的處理，用液態(tài)五氟化銻或氣態(tài)五氟化銻處理丁腈橡膠硫化膠表面時，可使其摩擦系數(shù)和摩擦溫度降低。五氟化銻還可用于制備韌性熱固化環(huán)氧膠等。
石墨處理
五氟化銻可用于石墨處理，制備GIC、氟化石墨等。石墨經(jīng)鹽酸、雙氧水的浸泡后得膨脹石墨，抽真空后將五氟化銻作插層劑周期性插入于石墨烯層，可形成石墨層間化合物(GIC)，得到插層石墨。再把插層石墨放入封閉的反應(yīng)爐中，通入氟氣可制得氟化石墨。
石墨插層步驟
其他應(yīng)用
此外，五氟化銻還可用于制備五氟化金，反應(yīng)方程式如下；用作三氧化硫生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定劑；用作抗癌藥物的添加劑，及專用膜、塑料、潤滑劑、醫(yī)用麻醉劑、血液替代品等產(chǎn)品的中間體等。
安全事宜
毒理學(xué)數(shù)據(jù)
LC50：小鼠 吸入 270 mg/cm3
LD50：小鼠 皮下 270 mg/kg
職業(yè)接觸極限
健康危害
五氟化銻具有腐蝕性與刺激性，易對人體健康造成傷害。短期接觸五氟化銻，會刺激眼睛、皮膚和呼吸道，吸入可能引起肺水腫。五氟化銻與血液發(fā)生作用，可能導(dǎo)致鈣血癥、心臟及腎臟衰竭，嚴(yán)重時可致死亡；長期接觸五氟化銻，可能會引起皮膚過敏，還可能導(dǎo)致肺纖維化或支氣管炎。五氟化銻不易從體內(nèi)排出，在接觸其一個月以后還能在臟器中檢出。銻主要從糞便中排出，氟主要從尿液中排出。
皮膚接觸 | 發(fā)紅，嚴(yán)重皮膚燒傷 |
眼睛接觸 | 發(fā)紅、疼痛，視力模糊 |
吸入 | 咳嗽、呼吸困難及咽喉疼痛 |
攝入 | 嘔吐、腹瀉及腹部疼痛 |
應(yīng)對措施
急救
皮膚接觸 | 脫掉被污染衣物，用大量水沖洗皮膚或淋浴，并及時就醫(yī) |
眼睛接觸 | 用大量水沖洗數(shù)分鐘（若佩戴隱形眼鏡應(yīng)取出），并及時就醫(yī) |
吸入 | 呼吸新鮮空氣，保持半直立體位，并及時就醫(yī) |
攝入 | 漱口，并及時就醫(yī) |
泄露
如發(fā)生五氟化銻泄露，應(yīng)疏散泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，禁止無關(guān)人員進(jìn)入污染區(qū)。應(yīng)急處理人員應(yīng)戴好防毒面具，穿化學(xué)防護(hù)服，不要直接接觸泄漏物，在確保安全情況下進(jìn)行堵漏?？蓢姙㈧F狀水以減少其蒸發(fā)，再利用用沙土等惰性材料吸收，隨后轉(zhuǎn)移到安全場所。如大量泄漏，可利用圍堤收容，然后經(jīng)收集、轉(zhuǎn)移、回收或無害處理后廢棄。轉(zhuǎn)移過程中應(yīng)遠(yuǎn)離易燃、可燃物，避免與水、醇類物質(zhì)接觸。搬運(yùn)時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。
處理五氟化銻時，可將其分批次倒入至大量水中，并用碳酸鈉中和，稀釋后的污水經(jīng)廢水系統(tǒng)排放。或?qū)⑽宸R用鹽酸溶解后，用硫化氫飽和，過濾出硫酸銻沉淀，淋洗干燥后用空氣氣提溶液中溶解的硫化氫，然后送入裝有石灰淋洗器的焚燒裝置中，經(jīng)氣提的濾液同石灰反應(yīng)，生成的沉淀物用土地填埋處置。
火災(zāi)
儲存與貯運(yùn)
五氟化銻應(yīng)儲存于陰涼、干燥和通風(fēng)良好處，遠(yuǎn)離火種、熱源并與易(可)燃物、水、醇類及食用化學(xué)品分開存放，切忌混儲，保持容器密封。儲存區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。
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