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四氟化錳

十二月 24, 2023

四氟化錳，是锰的氟化物中，锰元素价态最高的化合物，同时也是一种强氧化剂，可以分解为三氟化錳和氟气，通过合成四氟化锰随后将其分解产生氟气的方法可以纯化单质氟[3][4]。

四氟化錳
IUPAC名
manganese tetrafluoride
别名 氟化锰(IV)
识别
CAS号 15195-58-1  N
ChemSpider 14941034
SMILES
 
  • [Mn+4].[F-].[F-].[F-].[F-]
InChI
 
  • 1/4FH.Mn/h4*1H;/q;;;;+4/p-4
InChIKey KWKYNMDHPVYLQQ-XBHQNQODAK
性质[2][3]
化学式 MnF4
摩尔质量 130.93 g·mol⁻¹
外观 蓝色固体
密度 3.61 g cm−3（计算）[1]
熔点 70 °C分解
溶解性（水） 剧烈反应
结构（α）[1]
晶体结构 四方晶系
空间群 I41/a（No. 88）
晶格常数 a = 12.63(1) Å, c = 6.049(5) Å
结构（β）[1]
晶体结构 三方晶系
晶格常数 a = 19.56(2) Å, c = 13.00(1) Å
相关物质
其他阳离子 二氟化锰
三氟化锰
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

合成方法 编辑

四氟化锰的制备方法在1961年被明确地报道出来[a]。通过在550°C下将氟气通入二氟化锰或其他二价锰化合物并与之反应即可得到四氟化锰，产生的四氟化锰升华成气态后在冷手指（英语：cold finger）内凝华得到四氟化锰的固体产物[2][6]。尽管可以通过增加氟气压力（4.5－6 bar，180－320 °C）来阻止产物的升华并用机械搅拌的方法避免产物晶粒的烧结[3][7]，但这仍是合成四氟化锰最常见的方法。该反应也可以锰粉为原料在流化床上进行[8][9]。

其他制备四氟化锰的方法包括用二氟化氪氟化二氟化锰[10]，二氟化锰与溶解在液态氟化氢中的氟气在紫外光照射下发生氟化反应[11]，也可以通过酸碱反应通过五氟化锑和K2MnF6制备[12]：

K2MnF6 + 2 SbF5 → MnF4 + 2 KSbF6

反应 编辑

分解 编辑

四氟化锰和三氟化锰与氟气之间存在化学平衡：

MnF4 ⇌ MnF3 + 1/2 F2

升温会导致四氟化锰分解，氟气的存在则会抑制四氟化锰分解。目前该反应的平衡常数不明。有来源称MnF4在室温下就会缓慢分解，[13][14]另有来源称它70 °C时才分解，[3][15]还有来源称MnF4到了320 °C时还能稳定存在。[16]

其它反应 编辑

四氟化锰与水和石油醚剧烈反应，与湿气接触时便分解。[2]它和碱金属氟化物或浓氢氟酸反应，生成黄色的六氟合锰(IV)酸根离子（MnF62−）。[16]

用处 编辑

四氟化锰最主要的用处是纯化氟气。氟气通过电解加入少量氟化钾的无水氟化氢而成，但反应产生的氟气会有氟化氢、氧气（从痕量水产生），反应物氟化氢里还可能有五氟化砷等重金属氟化物。它们都会影响需要使用高纯氟刻蚀硅晶圆的半导体工业。[4]

不纯的氟气可通过和MnF3反应，生成四氟化锰来纯化。在该反应中，重金属杂质都会产生不挥发的氟化物，HF、O2则不反应。反应产生的MnF4之后会被加热到380 °C，生成纯度99.95%的氟气，并变回MnF3。[3][4]此外，四氟化锰的运输比氟气罐便宜、安全。[3][7]

相关化合物 编辑

碱金属和碱土金属形成的六氟合锰(IV)酸盐（MnF62−）是黄色的，早在1899年就已被发现，可由在对应氟化物存在下氟化MnF2而成。[11][17][18][19]它们比四氟化锰稳定。[12]六氟合锰(IV)酸钾（K2MnF6）也可通过在50%氢氟酸里还原高锰酸钾而成。[20][21]它参杂到氟硅酸钾后会产生发红光的磷光体。[22]

2 KMnO4 + 2 KF + 10 HF + 3 H2O2 → 2 K2MnF6 + 8 H2O + 3 O2

MMnF5（M = K、Rb、Cs）可通过氟化MMnF3或是[MnF4(py)(H2O)]与MF反应而成。[19][21]柠檬黄色的M3MnF7（M = K、Rb、Cs）也已合成。[23]

注释 编辑

  1. ^ 在此之前虽有关于四氟化锰合成方法的文献报道[5]，但是合成出的化合物却与已知的四氟化锰的性质不符。

參考資料 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Müller, B. G.; Serafin, M., Die Kristallstruktur von Mangantetrafluorid, Z. Naturforsch. B, 1987, 42 (9): 1102–6, S2CID 95703093, doi:10.1515/znb-1987-0908   .
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Hoppe, Rudolf; Dähne, Wolfgang; Klemm, Wilhelm, Mangantetrafluorid, MnF4, Naturwissenschaften, 1961, 48 (11): 429, doi:10.1007/BF00621676 .
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 WO PCT Appl. 2006033480,Torisu, Junichi; Masakazu Oka & Andrey Sergeyevich Kuznetsov et al.,「Method of manufacturing manganese tetrafluoride」,发表于2006-03-30 .
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 WO,「Process for the purification of elemental fluorine」,发表于2009-06-18 .
  5. ^ Melville, W. H., Contribution towards the History of the Fluorides of Manganese, Proc. Am. Acad. Arts Sci., 1876, 12: 228–34, JSTOR 25138452, doi:10.2307/25138452 .
  6. ^ Hoppe, Rudolf; Dähne, Wolfgang; Klemm, Wilhelm, Mangantetrafluorid mit einem Anhang über LiMnF5 und LiMnF4, Justus Liebigs Ann. Chem., 1962, 658 (1): 1–5, doi:10.1002/jlac.19626580102 .
  7. ^ 7.0 7.1 WO,「Method for preparing manganese tetrafluoride」,发表于2009-06-18 .
  8. ^ Roesky, H.; Glemser, O., A New Preparation of Manganese Tetrafluoride, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1963, 2 (10): 626, doi:10.1002/anie.196306262 .
  9. ^ Roesky, Herbert W.; Glemser, Oskar; Hellberg, Karl-Heinz, Darstellung von Metallfluoriden in der Wirbelschicht, Chem. Ber., 1965, 98 (6): 2046–48, doi:10.1002/cber.19650980642 .
  10. ^ Lutar, Karel; Jesih, Adolf; Žemva, Boris, KrF2/MnF4 adducts from KrF2/MnF2 interaction in HF as a route to high purity MnF4, Polyhedron, 1988, 7 (13): 1217–19, doi:10.1016/S0277-5387(00)81212-7 .
  11. ^ 11.0 11.1 Mazej, Z., Room temperature syntheses of MnF3, MnF4 and hexafluoromanganete(IV) salts of alkali cations, J. Fluorine Chem., 2002, 114 (1): 75–80, doi:10.1016/S0022-1139(01)00566-8 .
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  14. ^ Housecroft, Catherine E.; Sharpe, Alan G., Inorganic Chemistry 3rd, New York: Prentice Hall: 710, 2007, ISBN 978-0131755536 .
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  18. ^ Hoppe, Rudolf; Blinne, Klaus, Hexafluoromanganate IV der Elemente Ba, Sr, Ca und Mg, Z. Anorg. Allg. Chem., 1957, 291 (5–6): 269–75, doi:10.1002/zaac.19572910507 .
  19. ^ 19.0 19.1 Hoppe, Rudolf; Liebe, Werner; Dähne, Wolfgang, Über Fluoromanganate der Alkalimetalle, Z. Anorg. Allg. Chem., 1961, 307 (5–6): 276–89, doi:10.1002/zaac.19613070507 .
  20. ^ Bode, Hans; Jenssen, H.; Bandte, F., Über eine neue Darstellung des Kalium-hexafluoromanganats(IV), Angew. Chem., 1953, 65 (11): 304, doi:10.1002/ange.19530651108 .
  21. ^ 21.0 21.1 Chaudhuri, M. K.; Das, J. C.; Dasgupta, H. S., Reactions of KMnO4—A novel method of preparation of pentafluoromanganate(IV)[MnF5]−, J. Inorg. Nucl. Chem., 1981, 43 (1): 85–87, doi:10.1016/0022-1902(81)80440-X .
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  23. ^ Hofmann, B.; Hoppe, R., Zur Kenntnis des (NH4)3SiF7-Typs. Neue Metallfluoride A3MF7 mit M = Si, Ti, Cr, Mn, Ni und A = Rb, Cs, Z. Anorg. Allg. Chem., 1979, 458 (1): 151–62, doi:10.1002/zaac.19794580121 .

延伸阅读 编辑

  • Gubkina, N. I.; Sokolov, Sergey V.; Krylov, E. I. Fluorides of High Oxidising Power and Their Application to the Preparation of Organic Fluorine Compounds. Russ. Chem. Rev. 1966, 35 (12): 930–41. Bibcode:1966RuCRv..35..930G. S2CID 250817326. doi:10.1070/RC1966v035n12ABEH001550. .
  • Hoppe, R.; Müller, B.; Burgess, J.; Peacock, R. D.; Sherry, R. The enthalpy of formation of manganese tetrafluoride. J. Fluorine Chem. 1980, 16 (2): 189–91. doi:10.1016/S0022-1139(00)82393-3. .

十二月 24, 2023
四氟化錳, 是锰的氟化物中, 锰元素价态最高的化合物, 同时也是一种强氧化剂, 可以分解为三氟化錳和氟气, 通过合成四氟化锰随后将其分解产生氟气的方法可以纯化单质氟, iupac名manganese, tetrafluoride别名, 氟化锰, 识别cas号, 15195, nchemspider, 14941034smiles, inchi, 4inchikey, kwkynmdhpvylqq, xbhqnqodak性质, 化学式, mnf4摩尔质量, 外观, 蓝色固体密度, 计算, 熔点, c分解溶解性, 剧烈. 四氟化錳 是锰的氟化物中 锰元素价态最高的化合物 同时也是一种强氧化剂 可以分解为三氟化錳和氟气 通过合成四氟化锰随后将其分解产生氟气的方法可以纯化单质氟 3 4 四氟化錳IUPAC名manganese tetrafluoride别名 氟化锰 IV 识别CAS号 15195 58 1 NChemSpider 14941034SMILES Mn 4 F F F F InChI 1 4FH Mn h4 1H q 4 p 4InChIKey KWKYNMDHPVYLQQ XBHQNQODAK性质 2 3 化学式 MnF4摩尔质量 130 93 g mol 外观 蓝色固体密度 3 61 g cm 3 计算 1 熔点 70 C分解溶解性 水 剧烈反应结构 a 1 晶体结构 四方晶系空间群 I41 a No 88 晶格常数 a 12 63 1 A c 6 049 5 A结构 b 1 晶体结构 三方晶系晶格常数 a 19 56 2 A c 13 00 1 A相关物质其他阳离子 二氟化锰三氟化锰若非注明 所有数据均出自标准状态 25 100 kPa 下 目录 1 合成方法 2 反应 2 1 分解 2 2 其它反应 3 用处 4 相关化合物 5 注释 6 參考資料 6 1 延伸阅读合成方法 编辑四氟化锰的制备方法在1961年被明确地报道出来 a 通过在550 C下将氟气通入二氟化锰或其他二价锰化合物并与之反应即可得到四氟化锰 产生的四氟化锰升华成气态后在冷手指 英语 cold finger 内凝华得到四氟化锰的固体产物 2 6 尽管可以通过增加氟气压力 4 5 6 bar 180 320 C 来阻止产物的升华并用机械搅拌的方法避免产物晶粒的烧结 3 7 但这仍是合成四氟化锰最常见的方法 该反应也可以锰粉为原料在流化床上进行 8 9 其他制备四氟化锰的方法包括用二氟化氪氟化二氟化锰 10 二氟化锰与溶解在液态氟化氢中的氟气在紫外光照射下发生氟化反应 11 也可以通过酸碱反应通过五氟化锑和K2MnF6制备 12 K2MnF6 2 SbF5 MnF4 2 KSbF6反应 编辑分解 编辑 四氟化锰和三氟化锰与氟气之间存在化学平衡 MnF4 MnF3 1 2 F2升温会导致四氟化锰分解 氟气的存在则会抑制四氟化锰分解 目前该反应的平衡常数不明 有来源称MnF4在室温下就会缓慢分解 13 14 另有来源称它70 C时才分解 3 15 还有来源称MnF4到了320 C时还能稳定存在 16 其它反应 编辑 四氟化锰与水和石油醚剧烈反应 与湿气接触时便分解 2 它和碱金属氟化物或浓氢氟酸反应 生成黄色的六氟合锰 IV 酸根离子 MnF62 16 用处 编辑四氟化锰最主要的用处是纯化氟气 氟气通过电解加入少量氟化钾的无水氟化氢而成 但反应产生的氟气会有氟化氢 氧气 从痕量水产生 反应物氟化氢里还可能有五氟化砷等重金属氟化物 它们都会影响需要使用高纯氟刻蚀硅晶圆的半导体工业 4 不纯的氟气可通过和MnF3反应 生成四氟化锰来纯化 在该反应中 重金属杂质都会产生不挥发的氟化物 HF O2则不反应 反应产生的MnF4之后会被加热到380 C 生成纯度99 95 的氟气 并变回MnF3 3 4 此外 四氟化锰的运输比氟气罐便宜 安全 3 7 相关化合物 编辑碱金属和碱土金属形成的六氟合锰 IV 酸盐 MnF62 是黄色的 早在1899年就已被发现 可由在对应氟化物存在下氟化MnF2而成 11 17 18 19 它们比四氟化锰稳定 12 六氟合锰 IV 酸钾 K2MnF6 也可通过在50 氢氟酸里还原高锰酸钾而成 20 21 它参杂到氟硅酸钾后会产生发红光的磷光体 22 2 KMnO4 2 KF 10 HF 3 H2O2 2 K2MnF6 8 H2O 3 O2MMnF5 M K Rb Cs 可通过氟化MMnF3或是 MnF4 py H2O 与MF反应而成 19 21 柠檬黄色的M3MnF7 M K Rb Cs 也已合成 23 注释 编辑 在此之前虽有关于四氟化锰合成方法的文献报道 5 但是合成出的化合物却与已知的四氟化锰的性质不符 參考資料 编辑 1 0 1 1 1 2 Muller B G Serafin M Die Kristallstruktur von Mangantetrafluorid Z Naturforsch B 1987 42 9 1102 6 S2CID 95703093 doi 10 1515 znb 1987 0908 nbsp 2 0 2 1 2 2 Hoppe Rudolf Dahne Wolfgang Klemm Wilhelm Mangantetrafluorid MnF4 Naturwissenschaften 1961 48 11 429 doi 10 1007 BF00621676 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 WO PCT Appl 2006033480 Torisu Junichi Masakazu Oka amp Andrey Sergeyevich Kuznetsov et al Method of manufacturing manganese tetrafluoride 发表于2006 03 30 4 0 4 1 4 2 WO Process for the purification of elemental fluorine 发表于2009 06 18 Melville W H Contribution towards the History of the Fluorides of Manganese Proc Am Acad Arts Sci 1876 12 228 34 JSTOR 25138452 doi 10 2307 25138452 Hoppe Rudolf Dahne Wolfgang Klemm Wilhelm Mangantetrafluorid mit einem Anhang uber LiMnF5 und LiMnF4 Justus Liebigs Ann Chem 1962 658 1 1 5 doi 10 1002 jlac 19626580102 7 0 7 1 WO Method for preparing manganese tetrafluoride 发表于2009 06 18 Roesky H Glemser O A New Preparation of Manganese Tetrafluoride Angew Chem Int Ed Engl 1963 2 10 626 doi 10 1002 anie 196306262 Roesky Herbert W Glemser Oskar Hellberg Karl Heinz Darstellung von Metallfluoriden in der Wirbelschicht Chem Ber 1965 98 6 2046 48 doi 10 1002 cber 19650980642 Lutar Karel Jesih Adolf Zemva Boris KrF2 MnF4 adducts from KrF2 MnF2 interaction in HF as a route to high purity MnF4 Polyhedron 1988 7 13 1217 19 doi 10 1016 S0277 5387 00 81212 7 11 0 11 1 Mazej Z Room temperature syntheses of MnF3 MnF4 and hexafluoromanganete IV salts of alkali cations J Fluorine Chem 2002 114 1 75 80 doi 10 1016 S0022 1139 01 00566 8 12 0 12 1 Christe Karl O Chemical synthesis of elemental fluorine Inorg Chem 1986 25 21 3721 24 doi 10 1021 ic00241a001 Cotton F Albert Wilkinson Geoffrey Advanced Inorganic Chemistry 4th New York Wiley 745 1980 ISBN 0 471 02775 8 Housecroft Catherine E Sharpe Alan G Inorganic Chemistry 3rd New York Prentice Hall 710 2007 ISBN 978 0131755536 Rakov E G Khaustov S V Pomadchin S A Thermal Decomposition and Pyrohydrolysis of Manganese Tetrafluoride Russ J Inorg Chem 1997 42 11 1646 49 16 0 16 1 Adelhelm M Jacob E MnF4 preparation and properties J Fluorine Chem 1991 54 1 3 21 doi 10 1016 S0022 1139 00 83531 9 Weinland R F Lauenstein O Uber Fluormanganite Z Anorg Allg Chem 1899 20 40 doi 10 1002 zaac 620200106 Hoppe Rudolf Blinne Klaus Hexafluoromanganate IV der Elemente Ba Sr Ca und Mg Z Anorg Allg Chem 1957 291 5 6 269 75 doi 10 1002 zaac 19572910507 19 0 19 1 Hoppe Rudolf Liebe Werner Dahne Wolfgang Uber Fluoromanganate der Alkalimetalle Z Anorg Allg Chem 1961 307 5 6 276 89 doi 10 1002 zaac 19613070507 Bode Hans Jenssen H Bandte F Uber eine neue Darstellung des Kalium hexafluoromanganats IV Angew Chem 1953 65 11 304 doi 10 1002 ange 19530651108 21 0 21 1 Chaudhuri M K Das J C Dasgupta H S Reactions of KMnO4 A novel method of preparation of pentafluoromanganate IV MnF5 J Inorg Nucl Chem 1981 43 1 85 87 doi 10 1016 0022 1902 81 80440 X Verstraete Reinert Sijbom Heleen F Joos Jonas J Korthout Katleen Poelman Dirk Detavernier Christophe Smet Philippe F Red Mn4 Doped Fluoride Phosphors Why Purity Matters PDF ACS Applied Materials amp Interfaces 2018 10 22 18845 18856 PMID 29750494 doi 10 1021 acsami 8b01269 nbsp Hofmann B Hoppe R Zur Kenntnis des NH4 3SiF7 Typs Neue Metallfluoride A3MF7 mit M Si Ti Cr Mn Ni und A Rb Cs Z Anorg Allg Chem 1979 458 1 151 62 doi 10 1002 zaac 19794580121 延伸阅读 编辑 Gubkina N I Sokolov Sergey V Krylov E I Fluorides of High Oxidising Power and Their Application to the Preparation of Organic Fluorine Compounds Russ Chem Rev 1966 35 12 930 41 Bibcode 1966RuCRv 35 930G S2CID 250817326 doi 10 1070 RC1966v035n12ABEH001550 Hoppe R Muller B Burgess J Peacock R D Sherry R The enthalpy of formation of manganese tetrafluoride J Fluorine Chem 1980 16 2 189 91 doi 10 1016 S0022 1139 00 82393 3 取自 https zh wikipedia org w index php title 四氟化錳 amp oldid 80210385, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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