Дифторид диоксида кислорода — это соединение фтора и кислорода с молекулярной формулой O 2 F 2 . Он может существовать в виде твёрдого вещества оранжево-красного цвета, которое плавится в красную жидкость при температуре −163 °C (110 K). Он является чрезвычайно сильным окислителем и разлагается на кислород и фтор даже при температуре −160 °C (113 K) со скоростью 4% в день — таким образом, его время жизни при комнатной температуре чрезвычайно коротко. [1] Дифторид диоксида кислорода бурно реагирует практически со всеми химическими веществами, с которыми сталкивается (включая обычный лёд ), что привело к его звукоподражательному прозвищу FOOF (игра слов на его химической структуре и его взрывных тенденциях). [2]
Дифторид диоксида кислорода можно получить, подвергая смесь газообразного фтора и кислорода в соотношении 1:1 при низком давлении (оптимальное давление 7–17 мм рт. ст. (0,9–2,3 кПа )) электрическому разряду силой 25–30 мА при напряжении 2,1–2,4 кВ . [3]
Похожий метод был использован для первого синтеза Отто Руффом в 1933 году. [4] Другой синтез включает смешивание O
2и Ф
2в сосуде из нержавеющей стали , охлажденном до −196 °C (77,1 K), с последующим воздействием на элементы Тормозное излучение 3 МэВ в течение нескольких часов. Третий метод требует нагрева смеси фтора и кислорода до 700 °C (1292 °F), а затем быстрого охлаждения ее с использованием жидкого кислорода . [5] Все эти методы включают синтез по уравнению
Он также возникает в результате термического разложения дифторида озона : [6]
В О
2Ф
2кислороду приписывается необычная степень окисления +1. В большинстве других соединений кислород имеет степень окисления −2.
Структура дифторида диоксида кислорода напоминает структуру перекиси водорода H
2О
2, в его большом двугранном угле , который приближается к 90° и симметрии C 2. Эта геометрия соответствует предсказаниям теории VSEPR .
Связи в дифториде дикислорода стали предметом значительных спекуляций, особенно из-за очень короткого расстояния O−O и длинных расстояний O−F. Длина связи O−O находится в пределах 2 пм от расстояния 120,7 пм для двойной связи O=O в молекуле дикислорода , O
2. Для объяснения этого явления было предложено несколько систем связей, включая тройную связь O−O с одинарными связями O−F, дестабилизированными и удлиненными за счет отталкивания между неподеленными парами атомов фтора и π-орбиталями связи O−O. [7] Отталкивание, включающее неподеленные пары фтора, также отвечает за длинную и слабую ковалентную связь в молекуле фтора .
Вычислительная химия показывает, что дифторид диоксида кислорода имеет чрезвычайно высокий барьер для вращения 81,17 кДж/моль вокруг связи O−O (в перекиси водорода барьер составляет 29,45 кДж/моль); это близко к энергии диссоциации связи O−F 81,59 кДж/моль. [8]
Химический сдвиг ЯМР 19 F диоксидифторида составляет 865 ppm, что является самым высоким химическим сдвигом, зарегистрированным для ядра фтора, что подчеркивает необычайные электронные свойства этого соединения. Несмотря на его нестабильность, термохимические данные для O
2Ф
2были составлены. [9]
Соединение легко распадается на кислород и фтор. Даже при температуре −160 °C (113 K) 4% разлагается каждый день [1] по этому процессу:
Другим основным свойством этого нестабильного соединения является его окислительная способность, хотя большинство экспериментальных реакций проводились вблизи −100 °C (173 K). [10] Несколько экспериментов с соединением привели к серии пожаров и взрывов. Некоторые из соединений, которые давали бурные реакции с O
2Ф
2включают этиловый спирт , метан , аммиак и даже водяной лед . [10]
С ЛФ3и ПФ5, это дает соответствующие диоксигенильные соли: [1] [11]
В настоящее время это соединение не имеет практического применения, но представляет теоретический интерес. Национальная лаборатория Лос-Аламоса использовала его для синтеза гексафторида плутония при беспрецедентно низких температурах, что было важно, поскольку предыдущие методы получения требовали настолько высоких температур, что созданный гексафторид плутония быстро распадался. [12]