Фтор и его безумные безумные безумные соединения. Часть 2⁠⁠

Думаю, самое время добавить в наш остросюжетный рассказ больше взрывов. Встречайте нашего следующего гостя: азид фтора (N3F)! Эта субстанция взрывается совершенно самостоятельно, без дополнительных реагентов, и делает это при комнатной температуре, разлагаясь по схеме 2 N3F → N2F2 + 2 N2. Да и при любой другой температуре тоже — стоит на него только неправильно посмотреть. Короче, если вы ищите способы ускорения осколков химической посуды до сверхзвуковых скоростей, азид фтора — ваш клиент.

Вам, конечно, интересно, как получить такое вещество? Берете чистый фтор (кхм...) и чистую безводную азотистоводородную кислоту HN3 (кхм-кхм..) и получаете... вообще, в 99% случаев вы получаете кратер. Если у вас когда-нибудь будет своя лаборатория, то уже после фразы “берем чистую безводную азотистоводородную кислоту” ваши ассистенты задумаются о смене работы. В водном растворе HN3 — просто страшный яд, аналогичный по действию цианидам. Но чистый азид водорода — сам по себе жидкость, которая взрывается при сотрясении, искре, от трения, негативных мыслей, неблагоприятного положения планет... Если вам кажется, что проводить реакцию этого вещества с чистым фтором — не лучшая идея, то в вас нет духа Дэви, Гора и Муассана. Не таков был Джон Хеллер, открывший азид фтора в суровом1942 году. Но и ему была дорога жизнь, и он проводил реакцию очень медленно и при очень низких температурах. Знайте, когда чистый фтор — более простой в обращении реагент в вашей схеме, то вы на переднем крае науки/безумия. Подробных исследований свойств азида фтора немного, и все же сумрачный немецкий гений подступался и к этому веществу и в 1987 году группа ученых в Ганновере создала усовершенствованный метод получения азида фтора и поделилась с коллегами следующими соображениями в своей статье:

Синтез чистого N3F с помощью описанного метода был повторен более 30ти раз без взрыва. Однако, если охлажденный N3F испаряется со скоростью выше указанной могут происходить исключительно сильные детонации. Одна капля распыляет любое стекло на дистанции 5 сантиметров.

И это при том, что немцы единовременно получали до 20 миллиграмм N3F, и настоятельно рекомендовали коллегам никогда не работать с большими объемами азида фтора. Среди прочего в статье потомков тевтонцев содержится указание на то, что азид фтора распадается по схеме FN3 → FN{a1Δ} + N2 при температуре 1000 градусов. Господи, как?! Как вы это установили?!

Список годных соединений фтора, с которыми я не желал бы находится в одном здании, еще далёк от завершения. Слыхали ли вы термин “суперкислота”? А как насчет “магической кислоты”? Нет, речь не о комиксах и не о фэнтези. Суперкислотами вполне официально называют кислоты сильнее концентрированной серной. Когда речь заходит о таких кислотах, шкала pH становится немного бессмысленной, так как ниже 1,3 кислотность веществ растет на практике гораздо резче, чем уменьшается показатель pH. Была придумана другая шкала - Гаммета. Она, как и pH, логарифмическая. Если у концентрированной серной кислоты H0=-12, а у фторсульфоновой (HSO3F) H0=-15, значит она ядренее в 1000 раз. А если вообразить вещество, с функцией кислотности по Гаммету -23, то значит оно в десять-с-одиннадцатью-ноликами раз ядренее концентрированной серной кислоты. Впрочем, зачем воображать - именно такова кислотность смеси фторсульфоновой кислоты с пентафторидом сурьмы (FSO3H·SbF5). Именно это вещество получило название “магическая кислота”. Она открыта в 60х Джорджем Олафом, который придумал такое название после того, как на рождественской вечеринке произвел большое впечатление на коллег, растворив в этой кислоте парафиновую свечку. Каждый развлекается по-своему. Магическая или фторсурьмяная кислота реагирует почти со всем. Например, с золотом. А еще с ксеноном. А еще золото и ксенон в среде фторсурьмяной кислоты от испуга начинают реагировать друг с другом с образованием тетраксенонозолота (AuXe4). Вчитайтесь еще раз - с помощью магической кислоты было получено ксенонозолото! Это вещество заставляет благородный металл реагировать с благородным газом!

Самый догадливый читатель спросит: "А в чем хранить магическую кислоту?" Ответ достаточно прост - вам нужен тефлон (полифторэтилен, ПТФЭ). Этот полимер из фтора и углерода ярко демонстрирует обратную сторону медали электроотрицательности фтора - окисленные фтором вещества дальше уже окислять некуда. ПТФЭ примечательно инертен и в отличии от лабораторных диковинок из этого поста повсеместно используется и именно благодаря своей стойкости к почти любым веществам, в том числе при нагреве. Из таких стойких соединений комментаторы первой части вспомнили также элегаз (гексафторид серы, SF6). Он используется для заполнения высоковольтного оборудования, так как мало распадается даже при приложении напряжения, а если и распадается, то потом рекомбинирует обратно. У него много интересных свойств - например, можно посмотреть как и зачем Александр Пушной накачивает этим газом себя и гостей программы "Хорошие шутки".

Ну что, детишки, вы уже достаточно познакомились с волшебным миром химии фтора, чтобы оценить прелесть идеи нагревать смесь кислорода и фтора до 700 градусов при давлении 10 атмосфер, а затем быстро охлаждать продукт до криогенных температур? Понимаете, все те люди, которые взрывались и травились фторидами в начале нашего рассказа, работали примерно при комнатных температурах и ниже. Желательно - много ниже. Один из братьев Нокс, пекших фторид ртути в сосудах из CaF2, если помните, поплатился за это жизнью. Так вот, при нагреве до 700 градусов фтор распадается на одноатомные радикалы, и теряет свой, в принципе, миролюбивый и безобидный характер. Ну, то есть вероятность, что ваш реактор, из чего бы он ни был, не воспламенится негасимым пламенем, исчезающе мала. Приступая к таким опытам под белый халат рекомендуется надеть спортивный костюм и кроссовки. В Германии 1932 стараниями Ади Дасслера не было проблем со спортивной обувью, и Менцелю и Руффу удалось получить указанным способом вещество, сама формула которого, я уверен, отправит брови читателя в путешествие по лбу.

Итак, наш следующий герой — диоксидифторид, O2F2 или просто F-O-O-F. Не часто увидишь формулу соединения, в которой кислород записывается на первом месте. Да, дружок, фтор окисляет кислород.

При комнатной температуре FOOF быстро разлагается на F2 и O2, но при -160℃ он распадается примерно по 4% в сутки, а это уже позволяет проводить с ним всякие опыты. Самые разные опыты, в том числе такие, которые могут прийти в голову только обладателю изощренного ума. Таким был мистер Стренг из университета Тэмпл, Филадельфия. Ему слово:

Будучи высокоэнергичным окислителем, диоксидифторид бурно реагировал с органическими веществами, даже при температурах, близких к его температуре таяния (-154℃). Он немедленно прореагировал с твердым этиловым спиртом, произведя взрыв с голубым пламенем. Когда капля жидкого O2F2 была добавлена жидкому метану, охлажденному до 90°K немедленно возгорелось белое пламя, приобретшее зеленый оттенок по мере горения. Когда 0,2 мл жидкого O2F2 была добавлена 0,5 мл жидкого CH4 при 90°K произошел мощный взрыв.

Вообще подобные записи характерны для сумасшедших ученых, работающих в подвалах секретных убежищ бондовских злодеев, никак не в 85 томе Журнала американского химического общества за 1963 год!

Однако Стренг еще только разминался! Ученый поставил эксперименты по реакции FOOF со следующими веществами:

* Аммиак — активная реакция.

* Водный лед — взрыв. Да, мы говорим о веществе, при контакте с которым вода взрывается даже при криогенных температурах

* Ацетон — взрыв

* Хлор — сильный взрыв. И, кстати, потом он повторил опыт еще раз. Помедленнее. Очень хотел получить O2ClF3, ненормальный. Кстати, удалось.

* Красный фосфор (????!!!!)

* Трифторид хлора (ААА!!!!! ЗАЧЕМ?!!! ЗАЧЕМ?!!!)

* Тетрафторгидразин (ААААА!!!!! Это же считай азид фтора под другим соусом!)

и многими другими. Фамилия Стренг, кстати, немецкая. Вы удивитесь, но было вещество перед испытаниями которого Стренг спасовал.

4 O2F2 + H2S → 2 HF + 4 O2 + SF6 + 432.9 ккал/моль.

~2 миллиона джоулей на моль тепловыделения тебе в лицо; удачи, не забудь написать завещание.

Насколько известно, практических применений FOOF пока не найдено. Тем не менее поиск на специализированных ресурсах высвечивает... коммерческого поставщика диоксидифторида! Hangzhou Sage Chemical Company, Китай, предлагает вам приобрести сию субстанцию в объемах 100, 500, 1000 грамм. Те, кто слышали о диоксидифториде понимают, что вряд ли такие объемы данного вещества когда-либо существовали единовременно. Видимо, китайского производителя такие мелочи не смущают. Снимаю шапку перед безумием храбрых в их погоне за прибылью. Любопытно было б заказать у этих чудаков раствор сероводорода в диоксидифториде и посмотреть на кратер на картах гугл.

На этом всё, не забывайте чистить зубы два раза в день!

Дисклеймер. Текст мой, развлекательный. Я профессионального отношения к химии не имею. Собрано по материалам блога Derek Lowe "In the Pipeline" и нарыто в интернете , в т.ч. на Википедии.