五化锑(
锑 Pentafluoride)是金属锑的
氟化物,为
无机化合物,
化学式为SbF₅。五氟化锑外观呈无色油状液体,有刺激性气味,具有高粘性与吸湿性,可溶于过量水和
乙酸,也可溶于
氟化钾、液态
二氧化硫等。其分子量为216.74,密度为2.99 g/cm³(23 ℃)。五氟化锑受热或遇酸时会分解放出剧毒气体
氟气。五氟化锑也具有酸性,是一种
路易斯酸,其可与水反应,发出声响并生成五氟化锑二
水合物,也可与
卤族元素、亚硝氟、硫和
碳酸钠等物质反应,易生成稳定的加合物。
五氟化锑可与
氟硫酸、
氟化氢等反应制备
氟锑磺酸;可在有机化学中用作
氟化剂、催化剂,用于制备
碳正离子;可在
有机高分子化合物领域用作聚合物掺杂剂,用于橡胶的制备与表面处理;还可用于石墨插层及氟化石墨的制备等。五氟化锑具有腐蚀性与刺激性,易对人体健康造成伤害。短期接触五氟化锑,会刺激眼睛、皮肤和呼吸道,吸入可能引起
肺水肿等;长期接触五氟化锑,可能会引起皮肤过敏,还可能导致肺纤维化或
支气管炎等。
分子结构
五氟化锑分子中,以锑原子为中心连接五个氟原子。
锑占56.17%,氟元素占43.38%,其球棍模型如下图所示:
在气相状态下,五氟化锑为三角双锥结构,而在液态和固态时,五氟化锑属
单斜晶系,B2₁/m空间群,分子以四聚体的形式呈之字链接排列,具有顺氟桥结构,两个小单元中的锑原子由顺氟桥连接形成扭曲的八面体配位结构。两种Sb-F键平均键长分别为1.82 Å和2.02 Å,两种Sb-F-Sb键角分别为170°和141°。四聚体结构如下图所示:
理化性质
物理性质
五氟化锑外观呈无色油状液体,有刺激性气味,具有高粘性与吸湿性,溶于过量水和
乙酸,亦溶于
氟化钾、液态
二氧化硫等。其分子量为216.74,密度为2.99 g/cm³(23 ℃),
熔点为8.3 ℃,
沸点为149.5 ℃,蒸气压为1.33 kPa(25 ℃),黏度为0.768 cP(24.4 ℃),
表面张力为0.20 N/m(20 ℃)。
化学性质
五氟化锑是一种
强氧化剂,具有腐蚀性,能缓慢腐蚀玻璃等物质,受热或遇酸时会分解放出剧毒气体
氟气。五氟化锑也具有酸性,是一种
路易斯酸,其可与水反应,发出声响并生成五氟化锑二
水合物,也可与
卤族元素、亚硝酰氟、硫和
碳酸钠等物质反应。
与水反应
五氟化锑可与水反应,与水接触时发出声响,生成二水合物SbF₅·2H₂O,反应方程式如下:
与卤素反应
五氟化锑可与卤素反应,生成混合的五卤化物,如将其与碘加热至碘
沸点以上时,生成暗棕色的SbF₅I;加热至160-220 ℃时,生成暗绿色的(SbF₅I)₂I
晶体,反应方程式如下。五氟化锑还可与其他
卤族元素反应,如与氯反应可生成SbCI₄F、SbCI₃F₂和SbCI₂F₃。
与亚硝酰氟反应
五氟化锑可与亚硝酰氟(NOF)反应,生成稳定的加合物SbF₅·NOF。反应方程式如下:
与硫反应
五氟化锑可与硫反应。硫溶解在五氟化锑中,形成深蓝色溶液,可析出SbF₅S结晶。SbF₅S可进一步与水反应,生成三氟化锑、硫沉淀、
氟化氢和氟化亚硫酰,氟化亚硫酰再与水反应可生成
二氧化硫气体。反应方程式如下:
与碳酸钠反应
五氟化锑可与碳酸钠、氟化氢共同反应,放出
二氧化碳并生成
氟化钠和SbOF₃·NaF·H₂O沉淀。反应方程式如下:
与氟化钾反应
五氟化锑可与氟化钾反应。与氟化钾反应时,生成KF·SbF₅;与氟化钾和水共同反应时,生成闪光
晶体SbF₅·(KF)₂·H₂O。反应方程式如下:
与六氟合锰酸钾反应
五氟化锑可在150 ℃条件下与六氟合锰酸钾反应,生成
氟锑酸钾、三氟化锰和
氟气。反应方程式如下:
制备方法
五氯化锑-氟化氢
五氟化锑可由五氯化锑与氟化氢反应制得。首先向装有气体导入管、回流冷凝器、温度计套管的铝制反应器中投入五氯化锑,导入氟化氢气体,加热至停止产生
氯化氢后进行冷却,接着将回流冷凝器升温,以蒸出未反应的氟气,最后加热除尽氟化氢。此时反应器中的剩余物即为粗五氟化锑,将其
分馏即得五氟化锑成品。反应方程式如下:
三氧化二锑-过氧化氢-氟化氢
五氟化锑可由三氧化二锑与过氧化氢和
氟化氢反应制得。三氧化二锑与过氧化氢和氟化氢反应,生成H₃OSbF₆,再将H₃OSbF₆与COF₂反应即可制得五氟化锑。反应方程式如下:
三氧化二锑-氟气
五氟化锑可由
三氧化二锑与氟气反应制得。首先使原料氟气净化,去除氟气中含有不能冷凝的高
沸点杂质气体,然后将氟气和三氧化二锑进行合成反应生成液态五氟化锑粗产品,再通过精馏工艺,使液态五氟化锑粗产品气化、冷凝,去除粗产品中的杂质气体后得到高纯度的液态五氟化锑产品。该法设备简单、操作方便、设备运行安全,产品质量稳定、纯度高。反应方程式与流程图如下:
金属锑-氟气
五氟化锑可由金属锑与氟气反应制备得。将金属锑块进行破碎,加入反应器中,反应器抽负压并加热,以除去反应器和物料中的水份。再向反应器中通入
氮气加压到常压,缓慢通入氟气,反应生成五氟化锑蒸汽,反应开始升温,经多次放空直到缓冲罐压力不再上升为止,将五氟化锑蒸汽通过冷凝回流的方式制得五氟化锑成品。反应方程式与装置图如下:
三氟化锑-氟气
五氟化锑可由三氟化锑与
氟气反应制得。将氟气通入气态三氟化锑中,在加热状态下可缓慢生成五氟化锑,反应方程式如下:
检测方法
电感耦合等离子体发射光谱法
五氟化锑可由电感耦合等离子体
发射光谱法进行检测。由于五氟化锑中
锑存在三价和五价两个价态,通过检测三氟化锑的含量即可间接实现对五氟化锑纯度的检测。利用氧化还原滴定法对三价锑含量进行测量,再将样品溶液在206.836 nm处用电感耦合等离子体发射光谱仪进行分析得锑元素总含量。由锑元素总含量中减去三价锑含量,即得五价锑含量。该法简便易行、便于操作,测量精度高,适用于以
氟气和单质锑为原料制备的五氟化锑产品纯度的检测。
试纸检测法
五氟化锑含量可由试纸进行检测。将
苯芴酮、
十六烷基三甲基溴化铵、
维生素c及
草酸与
无水酒精配制成四种溶液,再将上述四种溶液混合即配制成浸渍液,滤纸浸泡于浸渍液中,取出干燥即得检测试纸。使用时将检测试纸浸入样品溶液中,试纸取出后经显色反应变为橘红色,随着待测液中锑离子浓度的增加,所显颜色从浅橘红色逐渐加深为深橘红色,根据颜色的深浅即可半定量检测锑离子的含量,进一步可得五氟化锑含量。
其他检测方法
此外,还可由AA分光光度法检测锑含量,由离子选择电极或离子色谱法检测氟含量。
应用领域
制备超强酸
五氟化锑可用于制备超强酸氟磺酸-五氟化锑、氟化氢-五氟化锑等。在氟磺酸中加入作为
路易斯酸的五氟化锑,反应生成HSO₃F·SbF₅超强酸,酸性极大增强。当氟磺酸和五氟化锑物质的量比为1:1时,所生成的超强酸H₀值为﹣25。在
无水氢氟酸中加入五氟化锑时生成HF·SbF₅超强酸,简称
氟锑酸。反应方程式如下:
有机化学领域
氟化剂
五氟化锑可在有机反应中作氟化剂。如用于卤化物的卤置换反应中,即有机卤化物与
无机化合物卤化物之间进行卤原子的交换,又称Finkelstein
卤族元素交换反应。使用五氟化锑的特点是其可以选择性作用于同一
碳的多卤原子,而不与单卤原子交换。如CCl₃CH₂CH₂Cl在五氟化锑和三氟化锑的共同作用下,生成CF₃CH₂CH₂Cl和CF₂ClCH₂CH₂Cl,反应方程式如下。此外,五氟化锑还能通过其他取代或加成等反应向
有机化合物分子中引入氟原子,也是合成含氟炸药及其中间体的重要原料。
催化剂
五氟化锑可在有机反应中作催化剂,如
烷烃的异构化、
芳香烃的基化以及氧化、化、聚合等反应。烷烃在一般条件下活性很低,难以发生离子型反应,但在五氟化锑形成的
氟锑磺酸中,其在较低温度下也能发生质子化,从而引起各种化学反应。超强酸能使烷烃发生缩聚反应,可用于天然气中
甲烷、
乙烷等简单烷烃制取燃料汽油。超强酸还可在室温下使烷烃异构化,如
己烷、
庚烷等,可用于提高汽油的辛烷值。
形成碳正离子
五氟化锑可用于
有机化合物中碳正离子的形成,以研究碳正离子其结构与稳定性的关系。如将
叔丁基氟溶于过量五氟化锑中,可形成叔丁基正离子。由于碳正离子可稳定地长期存在于超强酸中,所以五氟化锑形成的超强酸如HSO₃F·SbF₅、HF·SbF₅也可用于碳正离子的形成,反应方程式如下:
高分子领域
五氟化锑可用于高分子领域。当五氟化锑作掺杂剂对导电聚合物或导电高分子化合物进行掺杂时,因其为易接受电子的电子受体物质,所以可通过形成电荷转移
配位化合物而提高聚合物或高分子化合物的导电性。此外,五氟化锑可用于硫化胶表面的处理,用液态五氟化锑或气态五氟化锑处理丁橡胶硫化胶表面时,可使其摩擦系数和摩擦温度降低。五氟化锑还可用于制备韧性热固化环氧胶等。
石墨处理
五氟化锑可用于石墨处理,制备GIC、氟化石墨等。石墨经
盐酸、
过氧化氢的浸泡后得膨胀石墨,抽真空后将五氟化锑作插层剂周期性插入于
墨汐层,可形成
石墨层间化合物(GIC),得到插层石墨。再把插层石墨放入封闭的反应炉中,通入
氟气可制得氟化石墨。
其他应用
此外,五氟化锑还可用于制备
五氟化金,反应方程式如下;用作
三氧化硫生产过程中的
稳定剂;用作抗癌药物的添加剂,及专用膜、塑料、润滑剂、医用麻醉剂、血液替代品等产品的中间体等。
安全事宜
毒理学数据
LD50:小鼠 皮下 270 mg/kg
职业接触极限
健康危害
五氟化锑具有腐蚀性与刺激性,易对人体健康造成伤害。短期接触五氟化锑,会刺激眼睛、皮肤和呼吸道,吸入可能引起
肺水肿。五氟化锑与血液发生作用,可能导致钙血症、心脏及肾脏衰竭,严重时可致死亡;长期接触五氟化锑,可能会引起皮肤过敏,还可能导致肺纤维化或
支气管炎。五氟化锑不易从体内排出,在接触其一个月以后还能在脏器中检出。锑主要从粪便中排出,氟主要从尿液中排出。
应对措施
急救
泄露
如发生五氟化锑泄露,应疏散泄漏污染区人员至安全区,禁止无关人员进入污染区。应急处理人员应戴好防毒面具,穿
化学防护服,不要直接接触泄漏物,在确保安全情况下进行堵漏。可喷洒雾状水以减少其蒸发,再利用用沙土等惰性材料吸收,随后转移到安全场所。如大量泄漏,可利用围堤收容,然后经收集、转移、回收或无害处理后废弃。转移过程中应远离易燃、
可燃物,避免与水、醇类物质接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。
处理五氟化锑时,可将其分批次倒入至大量水中,并用
碳酸钠中和,稀释后的污水经废水系统排放。或将五氟化锑用
盐酸溶解后,用
硫化氢饱和,过滤出
硫酸锑沉淀,淋洗干燥后用空气气提溶液中溶解的硫化氢,然后送入装有
生石灰淋洗器的焚烧装置中,经气提的滤液同石灰反应,生成的沉淀物用土地填埋处置。
火灾
五氟化锑不可燃,但可增强其它物质的燃烧,在火灾中禁止使用水、泡沫灭火剂,可使用
二氧化碳、干粉或干沙灭火剂。
储存与贮运
五氟化锑应储存于阴凉、干燥和通风良好处,远离火种、热源并与易(可)燃物、水、醇类及食用化学品分开存放,切忌混储,保持容器密封。储存区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。