Stikstoffluoride is een zeer reactieve chemische verbinding bestaande uit stikstof en fluor. Het wordt in de halfgeleiderindustrie gebruikt voor plasma-ets- en reinigingsprocessen.
| IUPAC-naam | Stikstoffluoride |
| Moleculaire formule | NF |
| CAS-nummer | 13967-06-1 |
| Synoniemen | Stikstofmonofluoride, stikstof(II)fluoride, stikstoffluoride (NF), UN 2451, EINECS 232-013-4 |
| InChi | InChI=1S/FN/c1-2 |
Stikstoffluoride molaire massa
De molaire massa van stikstoffluoride (NF) is 33,005 g/mol. Het is een licht, kleurloos gas, zeer reactief vanwege het verschil in elektronegativiteit tussen stikstof en fluor. De molmassa is afgeleid van de atoommassa’s van stikstof en fluor, die respectievelijk 14,007 g/mol en 18,998 g/mol bedragen. De kleine omvang van het molecuul maakt het een ideale kandidaat voor gebruik in de halfgeleiderindustrie, waar het wordt gebruikt voor plasma-ets- en reinigingsprocessen.
Kookpunt van stikstoffluoride
Stikstoffluoride heeft een kookpunt van -129,6°C (-201,3°F). Bij deze temperatuur verandert het van de gasvormige toestand naar de vloeibare toestand. Stikstoffluoride heeft een laag kookpunt vanwege de zwakke intermoleculaire krachten, die voornamelijk Van der Waals-krachten zijn. Dit lage kookpunt maakt het een vluchtige en zeer reactieve verbinding waarmee voorzichtig moet worden omgegaan.
Smeltpunt van stikstoffluoride
Stikstoffluoride heeft een smeltpunt van -206,5°C (-339,7°F). Bij deze temperatuur verandert het van vaste naar vloeibare toestand. Het lage smeltpunt is te wijten aan zwakke intermoleculaire krachten tussen moleculen, die voornamelijk Van der Waals-krachten zijn. Het lage smeltpunt van stikstoffluoride maakt het ook zeer reactief en vluchtig.
Dichtheid van stikstoffluoride g/ml
De dichtheid van stikstoffluoride is 1,49 g/ml bij standaardtemperatuur en druk (STP). Deze dichtheid is relatief hoog in vergelijking met andere gassen vanwege de kleine omvang van het molecuul en de aanwezigheid van twee atomen. De hoge dichtheid van stikstoffluoride maakt het een ideale kandidaat voor gebruik in de halfgeleiderindustrie, waar het wordt gebruikt voor plasma-ets- en reinigingsprocessen.
Molecuulgewicht van stikstoffluoride
Het molecuulgewicht van stikstoffluoride is 33,005 g/mol. Deze waarde is afgeleid van de som van de atoommassa’s van stikstof en fluor, die respectievelijk 14,007 g/mol en 18,998 g/mol zijn. De kleine omvang en het relatief lage molecuulgewicht van het molecuul maken het een ideale kandidaat voor gebruik in de halfgeleiderindustrie.
Structuur van stikstoffluoride
NF heeft een lineaire moleculaire structuur, met het stikstofatoom in het midden en het fluoratoom aan elk uiteinde. De binding tussen stikstof- en fluoratomen is een covalente binding en het molecuul heeft een polair karakter vanwege het verschil in elektronegativiteit tussen de twee atomen. Het molecuul heeft een dipoolmoment, waardoor het zeer reactief is en waarschijnlijk chemische bindingen vormt met andere moleculen.
Stikstoffluoride-formule
De chemische formule voor stikstoffluoride is NF. Deze formule geeft aan dat het molecuul is samengesteld uit één stikstofatoom en één fluoratoom. Het molecuul heeft een lineaire structuur en een polair karakter vanwege het verschil in elektronegativiteit tussen de twee atomen. De NF-formule wordt veel gebruikt in de halfgeleiderindustrie, waar deze wordt gebruikt voor plasma-ets- en reinigingsprocessen.
| Verschijning | Kleurloos gas of lichtgele vloeistof |
| Soortelijk gewicht | 1,49 (bij STP) |
| Kleur | Kleurloos |
| Geur | Akko |
| Molaire massa | 33,005 g/mol |
| Dikte | 1,49 g/ml (bij STP) |
| Fusie punt | -206,5°C (-339,7°F) |
| Kookpunt | -129,6°C (-201,3°F) |
| Flitspunt | Niet toepasbaar |
| oplosbaarheid in water | Reageert met water |
| Oplosbaarheid | Oplosbaar in organische oplosmiddelen |
| Dampdruk | 298,5 kPa bij 25°C |
| Dampdichtheid | 1,44 (lucht = 1) |
| pKa | Niet toepasbaar |
| pH | Niet toepasbaar |
Veiligheid en gevaren van stikstoffluoride
Stikstoffluoride (NF) vormt een aanzienlijk veiligheidsrisico vanwege de zeer reactieve en toxische aard ervan. Blootstelling aan NF kan ernstige brandwonden en irritatie van de huid, ogen en luchtwegen veroorzaken. NF is een sterk oxidatiemiddel en kan ontbranden of exploderen bij contact met organische materialen, zoals kleding, papier of hout. Bovendien kan het heftig reageren met water en andere chemicaliën, waarbij giftige dampen en gassen vrijkomen. Passende veiligheidsmaatregelen, waaronder het gebruik van beschermende kleding, bescherming en juiste hanterings- en opslagprocedures, moeten worden geïmplementeerd bij het werken met ademhalings-NF om het risico op blootstelling en letsel te minimaliseren.
| Gevarensymbolen | Oxidatiemiddel |
| Beveiligingsbeschrijving | Verwijderd houden van brandbare materialen, hitte, vonken en open vuur. |
| Draag beschermende kleding, handschoenen en oog-/gezichtsbescherming. | |
| Gebruik in geval van brand water-, droge chemicaliën- of kooldioxideblussers. | |
| AN-identificaties | UN2468 (voor gas), UN3263 (voor vloeistof) |
| HS-code | 2811.22.00 |
| Gevarenklasse | 5.1 (oxiderende stoffen) |
| Verpakkingsgroep | II (voor gas), III (voor vloeistof) |
| Toxiciteit | NF is zeer giftig en kan ernstige brandwonden en irritatie aan de huid, ogen, |
| en luchtwegen. Inslikken of inademen kan fataal zijn. |
Methoden voor de synthese van stikstoffluoride
Bij de productie van stikstofmonofluoride genereert de extractie van een fluoratoom uit stikstofdifluoride (NF2) door radicaalsoorten (H, O, N, CH3) op efficiënte wijze een radicaal met een lange voortplantingsduur. Het eindproduct bevat echter radicale onzuiverheden die de ontleding ervan katalyseren.
Om een zuiverder product te verkrijgen kan de minder efficiënte maar zuiverdere techniek van azide-ontleding worden gebruikt. Dit omvat de door shock geïnduceerde ontleding van fluorazide, dat in situ kan worden gevormd door reactie van atomair fluor met waterstofzuur, tot NF en N2.
Tijdens de productie van NF is het belangrijk om passende veiligheidsmaatregelen te implementeren, waaronder het gebruik van geschikte beschermende uitrusting en kleding, en het zorgen voor voldoende ventilatie om blootstelling aan gevaarlijke materialen en chemicaliën tot een minimum te beperken.
Gebruik van stikstoffluoride
Stikstoffluoride (NF) kent diverse toepassingen in diverse industrieën.
NF wordt voornamelijk gebruikt als fluoreringsmiddel bij de afzetting van dunne films van siliciumnitride en andere materialen op oppervlakken bij de productie van halfgeleiders en elektronische producten.
De lucht- en ruimtevaartindustrie gebruikt NF als raketbrandstof vanwege het hoge oxiderende vermogen en het lage molecuulgewicht, waardoor het een efficiënte brandstof is. Het wordt ook gebruikt als additief in raketbrandstof om de verbranding te verbeteren en de stuwkracht te vergroten.
In de medische industrie speelt NF als reagens een rol bij de synthese van sommige farmaceutische producten en bij laboratoriumexperimenten. Bovendien dient het vanwege zijn sterke oxiderende eigenschappen als sterilisatiemiddel voor medische apparatuur.
Bij de productie van speciaal glas en keramiek wordt NF als vloeimiddel gebruikt om het smeltpunt van het materiaal te verlagen en de eigenschappen ervan te verbeteren.
De zeer reactieve en toxische aard van NF brengt echter aanzienlijke veiligheidsrisico’s met zich mee. Daarom is het belangrijk om passende veiligheidsmaatregelen te implementeren, inclusief het gebruik van beschermende uitrusting en de juiste hanteringsprocedures bij het werken met NF, om het risico op blootstelling en letsel te minimaliseren.