Способ получения монофторида хлора

(2 (2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРВТОРСНОМУ ОВИДЕТЕЛЬСТ 1) 3350614/23-262) 0311;81(72) А.П.Харитонов и А,П.Суетинов (71) "Отделение Ордена Ленина института химической физики АН СССР (53) 661.482(088.8)(56) 1. ЯспасЬ С. Т., Ю 1 зоп В.0., ХЪе ргерага 11 оп ой сЬ 1 огхпе жопоЬХцогМе, Вупи;Ь, Упогд апй вега 1 - огдап 3.с савел, 1973, ч, 3, Р 4, р.393.2. Руководство по препаративной неорганической химии, Под ред. Г.врау ,эра. Изд-во Иностранная литература, М., 1956, с, 99 (прототип) .(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОФТОРИДА ХЛОРАпутем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных фтора и хлора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода продукта, исходные реагенты помещают в замкнутый объем иоблучают импульсом света длительностью на полувысоте 510 - 10с вспектральном диапазоне длин волн200-450 нм.10 Изобретение относится к препаративной неорганической химии, в частности к технологии получения интергалогенных соединений. Вследствиесвоей высокой химической активности,в ряде случаев превышающую химическую активность фтора и хлора, монофторид хлора может применяться прифторировании и хлорировании различных химических соединений, напримеруглеводородов.Известен способ получения монофторида хлора путем взаимодействияхлора и трехфтористого хлора в замк-нутом объеме при 120-180 С и давлении 11-45,6 атм в течение 5-65 ч 111;Недостатками данного способа являются низкий выход продукта95%,высокая температура процесса и значительная загрязненность. продуктапримесями,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ,получения монофторида хлора путем взаимодействия стехиометрических количеств газообразных хлора и фтора.Смесь хлора и фтора пропускают черезнагретый до 400 С реактор с послеодующей очисткой монофторида хлораот сопутствующих газов в двух ловуш"ках, охлаждаеьых сухим льдом и жидким кислородом (2).Недостатки известного способанизкий выход продукта ( 90, высокая температура процесса и значительная загрязненность продукта 35примесями . 10.Цель изобретения - повышение выхода продукта,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу получения монофторида хлора путем взаимодействиястехиометрических количеств газообразных хлора и фтора, исходные реагенты помещают в замкнутый объем иоблучают импульсом света длительностью на полувысоте 5 10- 10-3 с вспелтральном диапазоне длин волн200-450 нм.Сущность способа заключается вследующем.При облучении смеси за время с 1 спротекает химическая реакция, описываемая брутто-уровнением СХг+ Р -У 2 СХ%",в ходе которой образуется монофторид.хлора СХР. Протекающие в смесихимические цепные реакции описывают" ззся следующей схемой:схг+й 42 сХ (О)СХ +Рг -ф СХРфР (Р+СХ -СХР+СХ (2)сХ+с 1 Р -сХг+Р (3),60СХ+СХ+м- сХг+и (4).Диссоциацией Фтора Рг+МР можно пренебречь, так как сечение поглощения фтора на порядок меньше,очем у хлора, В дальнейшем степень 65 диссоциации хлора Е С определяюткак с се = СЦ /2 ГСР 23, где (.СД и СОгЯконцентрации атомарного хлора, образовавшегося вследствие облучения смеси импульсом света, и молекулярногохлора. Для измерения величиныС 2используют стандартный ферриоксалатный метод,В этом случае, если для смесихлора и фтора постоянного давлениястепень диссоциации хлора Ясе (илиэнергия инициирующего импульса И)гпревышает некую предельную величиюред предну Есе ( уч"р " ), реакция протекает во взрывном режиме. Если жепредЕсе сЕСе, то имеет место реакцияс малой глубиной превращения. Существование укаэанного предельного явления объясняется конкуренцией процессов, определяющих скорость химических реакций: уменьшения во времени концентрации активных центров(процесс 4) и роста констант скорости актов продолжения цепи (процессы 1-3) в процессе адиабатическогоразогрева.Для стехиометрической газовойсмеси хлора и фтора в диапазоне давоаедлений 0,5-2 атм значенгие Еср находится в интервале Есе к (1-3)е 2г10. С ростом давления смеси величина Ядуменьшается. Увеличениестепени диссоциации хлора выше препреддельного значения Есе не приводитк повышению выхода продукта.На чертеже приведена схема установки для получения монофторида хлора.Для хранения газов и приготовления стехиометрической смеси газообразных хлора и фтора используютстальные баллоны 1-4, Давление газовизмеряют образцовыми манометрами 5или вакуумметром б. Для вакуумирования установки до давления 10 1 ммрт.ст. используют форвакуумный насос 7. Стехиометрическую смесь хлора и Фтора напускают в реакционныйсосуд 8 цилиндрической формы (материал сосуда - медь или нержавеющаясталь, диаметр 100 мм, высота 240 мм,объем1800 смз), на фланце которого укреплено оптическое окно из лейкосапфира 9 диаметром 10-20 мм. Синтез можно проводить и при комнатнойтемпературе. Необходимо отметить,что эффективная диссоциация хлора иинициирование химических реакций происходит первоначально в относительно небольшом объеме - 1-2 см (около оптического окна 9) . Распространяющаяся от этого объема волна горения инициирует реакция в основномобъеме реакционного сосуда, Для зарядки накопительной батареи конденсаторов 10 используют зарядное устройство 11. При срабатывании разрядника 12 высоковольтное напряжение1077852 подается на электроды газонаполненной лампы 13, вследствие чего происходит электрический прибой лампы, и газовая смесь в реакционном сосуде облучается импульсом света. В опытах используют лампы типа ИФК, ИФКи ксеноновые лампы низкого давления. Образовавшийся в реакционном сосуде монофторид хлора конденсируют при температуре жидкого азота (77 К) в баллоне 4, Далее реакционный сосуд 8 вакуумируют, и установка готова к дальнейшему использованию. После того, как в баллоне 4 будет накоплено необходимое количество монофторида хлора, баллон 15 перестают охлаждать жидким азотом и хранят при комнатной температуре. Продукт очистке не подвергают.Для контроля чистоты полученного монофторида хлора регистрируют спектр 20 поглощения продукта в диапазоне длин волн 220-450 нм, где расположены спектры поглощения возможных примесей - сО, Р, сОГз ИО Чувствитель, ность этого метода анализа чистоты, обе%1 СХО,ЗУ Р 20,31 СХРз 0,15, СХ 020,01, В продукте, кроме выше указайных примесей, могут содержаться 0,2 примесей, находившихся в исСуммарноесодержаниепримесей вконечномпродукте,об.Ъ Пример,Р Давление стехио- метрической смеси хлора и фтора в реакционном сосуде, атм Длительностьимпульса света, с Выход монофторида хлора, об.а 5 10210 4 0,5 99,0 399 2 ),99,1 ) 99,0 99,199,1 ) 99,1 0,5 103 0,5 510 (2 10 1,0 5 1,0 1,0 510 2 10 2,0 3 99,2 2,0 3,99 с 1 2,0,мическая реакция в системе не,протекает и выход продукта равен ну.Лю аТак как инициирование химической 65 реакции в смеси С 0+Р происходит при Закрывая лампу стеклянным фильтром типа жс, получают излучение в спектральной области длин волн 37450 нм. При длительности импульса света 5"10 с, 2 10 "с и 110-Зс хиходныс хлоре и фторе, которые могут быть не обнаружены таким методом анализа чистоты.Выход монофторида хлора определя.ют, используя результаты анализа чистоты конечного продукта и сравнивая начальное давление в реакционном сосуде и давление полученного продукта.П р и м е р 1; Реакционный сосуд вакуумируют до10 " мм рт.ст. и заполняют его стехиометрической газовой смесью фтора и хлора при полном давлении 0,5 атм (давление фтора и хлора в смеси равны и составляют 0,25 атм) . После этого перекрывают , газовую магистраль, ведущую к реакционному сосуду, и облучаютгазовую смесь в сосуде импульсом света. Непрореагировавшую смесь скачивают из газовых магистралей, а синтезированный монофторид хлора вымораживают в стальной баллон. Примеры 1-9 получения монофторида хлора приведены в таблице.Из таблицы видно, что суммарное .,содержащие примесей в продукте не превышает 1,0, а выход монофторида хлора - не менее 99,0.;:екав 854/14 Тираж 464 Подписное ВНИИПИ Государственного комнтета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП фПатент, г.ужгород, ул.Проектная,4 фотодиссоциации Ир и Г, а в облас, ти длин волн Я 4 200 нм й М у 450 нм эти вещества практически не поглацают свет, то облучение смеси Р+Ф 2 светом в диапазоне длин волн 3200 нк или 4450 нм не приводит к иниции рованию химической реакции.При длительностях импульса света1(21и(1-10) 10 с реакция не протекает во взрывном режиме, а имеет местореакция с малой глубиной превращения, что приводит к значительномуснижению выхода продукта. Данный способ позволяет повыситьвыход продукта с 90-95 до 99,0-99,2и сократить количество примЕсей с5-10 до менее 1.