Difluoruro di diazoto
| Difluoruro di diazoto | |
|---|---|
 | |
-Dinitrogen-difluoride-3D-balls.png) | |
| Nome IUPAC | |
| cis- o trans- difluoruro di diazoto | |
| Nomi alternativi | |
| cis- o trans-difluorodiazene (Z)- o (E)-difluorodiazene | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | N2F2 |
| Aspetto | gas incolore[1] |
| Numero CAS | |
| PubChem | 139594 |
| SMILES | N(=NF)F |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 2,698[2] |
| Temperatura di fusione | cis: <−195 °C (78 K)[3] trans: −172 °C (101 K)[3] |
| Temperatura di ebollizione | cis: −105,7 °C (167 K)[3] trans: −111,4 °C (162 K)[3] |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | cis: 69,5[3] trans: 82,0[3] |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Frasi H | --[4] |
Il difluoruro di diazoto, o difluorodiazene, è un nome cumulativo di due isomeri geometrici (cis e trans) che sono composti inorganici binari dell'azoto trivalente con il fluoro, aventi formula molecolare N2F2, o anche F–N=N–F, dove l'azoto è nello stato di ossidazione +1.[5][6]
In condizioni normali entrambi questi alogenuri di azoto sono gas incolori fortemente reattivi.[3][7]
Struttura molecolare
[modifica | modifica wikitesto]Una molecola N2F2 può esistere nelle due forme isomere cis e trans a seconda delle due possibili posizioni relative dei due atomi F. Entrambe le molecole isomere sono planari[8] ed entrambe sono specie endotermiche.[6]
L'isomero cis ha simmetria C2v e risulta polare (μ = 0,160 D).[9] Le lunghezze dei legami N=N e N−F sono rispettivamente (121,4±0,5) pm e (138,4±1) pm ; l'angolo N-N-F è (114,5±0,5)°.[10] Inoltre, la distanza di non legame che separa i due atomi di fluoro è di 236,2 pm,[9] un valore sensibilmente inferiore a quello atteso, pari al doppio del raggio di van der Waals del fluoro, cioè 2×147 pm = 294 pm.[11]
La forma trans ha simmetria C2h ed è apolare (μ = 0).[12] Le lunghezze dei legami N=N e N−F risultano rispettivamente 122 pm e 140 pm; l'angolo N-N-F è 106°. I due isomeri sono interconvertibili ma si possono separare tramite distillazione frazionata a bassa temperatura. L'isomero cis è termodinamicamente favorito rispetto al trans per 12,5 kJ/mol.[3][7]
Sintesi
[modifica | modifica wikitesto]Il difluoruro di diazoto fu ottenuto per la prima volta da J. F. Haller nel 1942 per decomposizione termica del fluoruro di triazoto (impropriamente chiamato anche azoturo di fluoro).[1][13]
![{\displaystyle {2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {F} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d52e17c2531e74c82e8af24bf9b2146e652176eb)
La reazione è potenzialmente esplosiva; per evitare problemi il metodo di sintesi più conveniente è passare difluoroammina su fluoruro di potassio:
![{\displaystyle {\mathrm {NHF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {KF} {}\mathrel {\xrightarrow {(193\,\mathrm {K} )} } {}\mathrm {NHF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\,{\cdot }\,\mathrm {KF} {}\mathrel {\xrightarrow {(293\,\mathrm {K} )} } {}{\mathchoice {\textstyle {\frac {1}{2}}}{\frac {1}{2}}{\frac {1}{2}}{\frac {1}{2}}}\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {KHF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a15adee525a4728bb2a37cf86a0507932e9cbc41)
Sintesi alternative utilizzano la fluorurazione dell'azoturo di sodio o la reazione della N,N-difluorourea con idrossido di potassio.[3][7][13]
Tutte queste procedure portano ad una miscela dei due isomeri, che possono poi essere separati per distillazione frazionata a bassa temperatura. Esistono comunque procedure idonee per sintetizzare il singolo isomero. L'isomero trans si ottiene facendo reagire tetrafluoroidrazina con cloruro d'alluminio:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}2\,\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathit {trans}}{-}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {AlF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5b455ee8642c925dc622d32be69ddf83f0efd092)
L'isomero cis si ottiene facendo reagire una miscela degli isomeri con acidi di Lewis molto forti, come AsF5 o SbF5. Solo l'isomero cis reagisce, formando il catione lineare N≡N+−F.[14] Questo, in presenza di anioni come AsF6− o SbF6−, si unisce ad essi dando i corrispondenti composti salini N2F+AsF6− o N2F+SbF6−:
![{\displaystyle {{\mathit {cis}}{-}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {AsF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}^{+}\mathrm {AsF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{\vphantom {A}}^{-}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7e3fe548bca1e46909fa3967d148e4c1bbc87921)
La successiva reazione di N2F+ AsF6− con NaF in HF produce solo cis-N2F2:[3][7][13]
N2F+ AsF6−+ NaF → cis-N2F2 + NaAsF6
Reattività
[modifica | modifica wikitesto]I due isomeri di N2F2 hanno reattività differenti. L'isomero trans è termodinamicamente meno stabile del cis, ma si può conservare in recipienti di vetro. L'isomero cis, pur essendo termodinamicamente più stabile, è più reattivo e reagisce lentamente col vetro formando tetrafluoruro di silicio e ossido di diazoto:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {SiO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {SiF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3fb059e1059f96febba4a714da84fe27dbb2233f)
Entrambi gli isomeri per riscaldamento si decompongono formando fluoro e azoto elementari.[3][7]
Note
[modifica | modifica wikitesto]- 1 2 Holleman e Wiberg 2007
- ↑ Lide 2005
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Greenwood e Earnshaw 1997
- ↑ Questa sostanza non è stata ancora classificata in termini di pericolosità o non è stata ancora trovata una fonte affidabile e citabile.
- ↑ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p. 440, ISBN 0-7506-3365-4.
- 1 2 Erwin Riedel e Christoph Janiak, Anorganische chemie, collana De Gruyter Studium, 10ª ed., De Gruyter, 2022, p. 527, ISBN 978-3-11-069604-2.
- 1 2 3 4 5 Hammerl e Klapötke 2006
- ↑ Catherine E. Housecroft e Alan G. Sharpe, Inorganic chemistry, 3. ed, Pearson Prentice Hall, 2008, p. 92, ISBN 978-0-13-175553-6.
- 1 2 Experimental data for N2F2 ((Z)-Difluorodiazene), su Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase. URL consultato il 19 aprile 2026.
- ↑ (EN) Robert L. Kuczkowski e E. Bright Wilson, Microwave Spectrum, Structure, and Dipole Moment of `` Cis -N2F2, in The Journal of Chemical Physics, vol. 39, n. 4, 15 agosto 1963, pp. 1030–1034, DOI:10.1063/1.1734353. URL consultato il 19 aprile 2026.
- ↑ Van Der Waals Radius for all the elements in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 19 aprile 2026.
- ↑ Experimental data for N2F2 (Dinitrogen difluoride, (E)-), su Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase. URL consultato il 19 aprile 2026.
- 1 2 3 Ruff 1967
- ↑ Fulvio Cacace, Felice Grandinetti e Federico Pepi, Gaseous Fluorodiazonium Ions. Experimental and Theoretical Study on Formation and Structure of FN2+, in Inorganic Chemistry, vol. 34, n. 6, 1995, pp. 1325–1332, DOI:10.1021/ic00110a007.
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.
- (EN) A. Hammerl e T. M. Klapötke, Nitrogen: Inorganic Chemistry, in Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2006, DOI:10.1002/0470862106.ia157, ISBN 9780470862100.
- (DE) A. F. Holleman e N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Berlino, Walter de Gruyter, 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
- D. R. Lide (Editor), CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005, su hbcponline.com, CRC Press, Boca Raton, 2005. URL consultato il 9 dicembre 2017.
- (EN) J. K. Ruff, Derivatives of Nitrogen Fluorides, in Chem. Rev., vol. 67, n. 6, 1967, pp. 665-680, DOI:10.1021/cr60250a004.
Altri progetti
[modifica | modifica wikitesto]
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Difluoruro di diazoto
