Введение
Химическое соединение
Трифторид хлора — это интергалогенное соединение с формулой ClF3. Это бесцветный, ядовитый, коррозионный и чрезвычайно реакционноспособный газ, который конденсируется в бледно-зеленовато-желтую жидкость, в которой он обычно и продается (под давлением при комнатной температуре). Он известен своими исключительными окислительными свойствами. Соединение представляет основной интерес для плазменной очистки и травления в полупроводниковой промышленности, переработки ядерного топлива, исторически – в качестве компонента ракетного топлива, а также в различных других промышленных процессах благодаря своей коррозионной активности.
Полупроводниковая промышленность
В полупроводниковой промышленности трифторид хлора используется для очистки камер химического осаждения из газовой фазы. Он позволяет удалять полупроводниковый материал со стенок камеры, не прибегая к её разборке. В отличие от большинства альтернативных химических веществ, применяемых для этих целей, он не требует активации плазмой, поскольку тепла камеры достаточно для его разложения и реакции с полупроводниковым материалом.
Фторирующий реагент
ClF3 используется для фторирования различных соединений. Пентафторид хлора (ClF5) также исследовался в качестве потенциального ракетного окислителя. Он обеспечивал более высокий удельный импульс по сравнению с хлортрифторидом, но сохранял все те же сложности в обращении. Ни одно из этих соединений не применялось ни в одной действующей ракетной двигательной установке. Под кодовым названием «N-Stoff» («вещество N») трифторид хлора изучался для военных целей в Институте кайзера Вильгельма в нацистской Германии незадолго до начала Второй мировой войны. Испытания проводились на макетах укреплений линии Мажино, и было установлено, что это чрезвычайно эффективное зажигательное оружие и отравляющий газ. С 1938 года началось строительство частично бункерного, частично подземного завода по производству боеприпасов – промышленного комплекса «Фалькенхаген», который должен был производить 90 тонн «N-Stoff» в месяц, в дополнение к зарину (смертельно опасный нервно-паралитический агент). Однако к моменту захвата завода наступающей Красной Армией в 1945 году было произведено всего около 30–50 тонн, что обошлось более чем в 100 немецких рейхсмарок за килограмм. «N-Stoff» так и не был использован в военных действиях.
Chlorine pentafluoride (ClF5) has also been investigated as a potential rocket oxidizer. It offered improved specific impulse over chlorine trifluoride, but with all of the same difficulties in handling. Neither compound has been used in any operational rocket propulsion system. Under the code name N Stoff ("substance N"), chlorine trifluoride was investigated for military applications by the Kaiser Wilhelm Institute in Nazi Germany not long before the start of World War II. Tests were made against mock ups of the Maginot Line fortifications, and it was found to be an extremely effective incendiary weapon and poison gas. From 1938, construction commenced on a partly bunkered, partly subterranean munitions factory, the Falkenhagen industrial complex, which was intended to produce 90 tonnes of N Stoff per month, in addition to sarin (a deadly nerve agent). However, by the time it was captured by the advancing Red Army in 1945, the factory had produced only about 30 to 50 tonnes, at a cost of over 100 German Reichsmarks per kilogram. N Stoff was never used in war.
Опасности
ClF3 — очень сильный окислитель. Он чрезвычайно реакционноспособен с большинством неорганических и органических материалов и воспламеняет многие вещества, которые в противном случае не горят, без какого-либо источника воспламенения. Эти реакции часто протекают бурно и в некоторых случаях взрывоопасно. Сталь, медь и никель не разрушаются, поскольку образуется пассивирующий слой фторида металла, предотвращающий дальнейшую коррозию, но молибден, вольфрам и титан не подходят для использования, так как их фториды являются летучими. ClF3 быстро корродирует даже благородные металлы, такие как иридий, платина или золото, окисляя их до хлоридов и фторидов. Эта окислительная сила, превосходящая силу кислорода, приводит к тому, что ClF3 бурно реагирует со многими другими материалами, которые обычно считаются несгораемыми и огнеупорными. Он воспламеняет песок, асбест, стекло и даже золу веществ, уже сгоревших в кислороде. В одном конкретном промышленном происшествии разлив 900 кг ClF3 прожёг 30 см бетона и 90 см гравия под ним. Это соединение реагирует с огнетушащими средствами на водной основе и CO2, делая их неэффективными. Воздействие больших количеств ClF3, в жидком или газообразном состоянии, воспламеняет живые ткани, вызывая тяжелые химические и термические ожоги. ClF3 бурно реагирует с водой, а воздействие самой реакции также приводит к ожогам. Продуктами гидролиза являются в основном плавиковая кислота и соляная кислота, которые обычно выделяются в виде пара из-за высокоэкзотермического характера реакции.
Пояснительные примечания
Используя данные Economic History Services и The Inflation Calculator, можно рассчитать, что сумма в 100 рейхсмарок в 1941 году приблизительно соответствует 4 652,50 долларам США в 2021 году. Данные об обменном курсе рейхсмарки с 1942 по 1944 год неполные.