Trifluoruro de nitrógeno
El trifluoruro de nitrógeno (también conocido como trifluoroamonio, perfluoroamonio) es un compuesto inorgánico con fórmula de NF3. Este compuesto de nitrógeno y flúor es un gas incoloro, tóxico, inflamable e inodoro. Se usa, cada vez con mayor frecuencia, como un grabador en la microelectrónica; además de ser utilizado (a menudo como reemplazo de los perfluorocarbonos) en la fabricación de pantallas planas de cristal líquido.
| Propiedades físicas del gas | |
|---|---|
| Peso Molecular | 71.002 g/mol |
| Punto de fusión | -206.8 °C |
| Punto de ebullición | -129°C |
| Densidad como líquido | 1540 kg/m³ |
| Calor latente de vaporización | 163.02 kj/kg |
| Temperatura crítica | -39.2 °C |
| Presión Crítica | 45.82 bar |
Síntesis y reactividad
El trifluoruro de nitrógeno es un raro ejemplo de un compuesto binario que no se puede preparar directamente de los elementos (es decir, el Nitrógeno no reacciona con el Flúor). Casi todos los demás elementos de la tabla periódica reaccionan de manera directa, a menudo violentamente, con flúor. Después de la primera de intentar la síntesis en 1903, Otto Ruff elaboró 25 años después, trifluoruro de nitrógeno por la electrólisis de una mezcla fundida de fluoruro de amonio y fluoruro de hidrógeno. Esto resultó ser mucho menos reactivo que el tricloruro de nitrógeno. Hoy en día, está dispuesto tanto por la reacción directa de amoniaco y el flúor y por una variación del método de Ruff. Se presenta en botellas a presión.
El NF3 es ligeramente soluble en agua sin sufrir reacción química. Es no básica con un bajo momento dipolar de 0,2340 D. Por el contrario, el amoniaco es básico y muy polar (1,47 D). Esta diferencia surge de los átomos de flúor en calidad de retirada de los grupos de electrones, que atrae a prácticamente todos los electrones par solitario en el átomo de nitrógeno. NF3 es un oxidante potente pero lento. Se oxida el cloruro de hidrógeno con el cloro: 2 NF3 + 6 HCl → 6 HF + N2 + 3 Cl2 Se convierte en tetrafluoruro de hidrazina al entrar en contacto con los metales, pero solo a altas temperaturas: 2 NF3 → Cu + N2H4 + CuF2 NF3 reacciona con el flúor y el pentafluoruro de antimonio para dar la tetrafluoruro de amonio sal: NF3 + F2 + SbF5 NF → + 4 SbF - 6
Aplicaciones en la electrónica
El trifluoruro de nitrógeno se utiliza en el grabado de plasma de obleas de silicio. Se trabaja de manera preponderante en la limpieza de las cámaras de PECVD en la producción de alto volumen de pantallas de cristal líquido y de película delgada basadas en células solares de silicio. En estas aplicaciones el NF3 es inicialmente desglosado "in situ", por un plasma. El flúor que resulta átomos son los agentes activos de limpieza que atacan el polisilicio, nitruro de silicio y óxido de silicio. El trifluoruro de nitrógeno se puede utilizar también con siliciuro de tungsteno y tungsteno producido por enfermedades cardiovasculares. EL NF3 ha sido considerado como un sustituto ambientalmente preferible para el hexafluoruro de azufre o los perfluorocarbonos como hexafluoroetano. El proceso de utilización de los productos químicos aplicados en los procesos de plasma suele ser inferior al 20%. Por lo tanto algunos de los PFC y también de la NF3 siempre escapan a la atmósfera. Los sistemas modernos de reducción de los gases puede reducir dichas emisiones. Recientemente los elementos del flúor ha sido presentado como un reemplazo de medio ambiente para el trifluoruro de nitrógeno en el del-arte de alto volumen de fabricación de estado de las pantallas planas y la fabricación de células solares. El trifluoruro de nitrógeno también se utiliza en el deuterio y el láser de fluoruro de hidrógeno, que son los tipos de láseres químicos. Se prefiere al flúor de gas debido a sus propiedades de fácil manejo, lo que refleja su considerable estabilidad. Es compatible con el acero y Monel, así como diversos plásticos.
Trifluoruro de nitrógeno como gas contaminante
El trifluoruro de nitrógeno es un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global sumamente alto (posee un índice GWP 17,200 veces mayor que la del dióxido de carbono (CO2) en comparación con más de un año del período 100). Su potencial de calentamiento atmosférico se coloca en segundo lugar solamente superado por el hexafluoruro de azufre. El NF3 ha sido incluido en el grupo de gases de efecto invernadero por el Protocolo de Kioto desde el año 2013. El gas tiene un periodo estimado de permanencia en la atmósfera de 740 años, aunque otros estudios sugieren un tiempo de vida ligeramente menor de 550 años (y un potencial de calentamiento atmosférico correspondiente de 16.800).
Aunque el trifluoruro de nitrógeno tiene un alto potencial de calentamiento atmosférico, durante mucho tiempo se ha asumido que su forzamiento radiativo en la atmósfera de la Tierra ha sido pequeños, suponiendo falsamente que sólo pequeñas cantidades son liberadas a la atmósfera. Las aplicaciones industriales del trifluoruro de nitrógeno usualmente descomponen el gas, mientras que en el pasado compuestos utilizados anteriormente regulados, como el SF6 y PFC eran normalmente liberados a la atmósfera. La investigación reciente ha puesto en duda las hipótesis anteriores. La producción en masa de componentes electrónicos como la memoria DRAM, la fabricación de pantallas planas y la producción a gran escala de células solares de película delgada en regiones con insuficiente conciencia ecológica sigue aumentando las emisiones de NF3.
Desde 1992 (cuando se producían menos de 100 toneladas) la producción ha crecido a un valor estimado de 4.000 toneladas en 2007 y se prevé que aumente de manera significativa en el futuro. La producción mundial de NF3 se espera llegar a 8.000 toneladas al año de aquí a 2010. Se estima que el 2% de la producción de NF3 es liberado a la atmósfera. Robson prevé que la concentración atmosférica máxima es de menos de 0,16 partes por billón (ppb) en volumen, lo cual contribuirá en menos de 0.001 Wm-2 con refuerzo IR.
En un trabajo de la Institución Scripps de Oceanografía, un grupo de científicos determinó que la concentración global media de NF3 se ha incrementado en la troposfera casi exponencialmente, desde alrededor de 0,02 ppm (partes por trillón, fracción mol de aire seco) al comienzo de los datos registrados en 1978, a un valor de 0.86 ppt en 2011, lo cual supone una tasa de crecimiento anual ppt 0.095 ppt al año, (alrededor del 11% al año) y un gradiente de interhemisférica que va en línea con las emisiones que se producen mayoritariamente en el hemisferio norte, como se esperaba. Esta tasa de aumento en 2011 se corresponde con unas emisiones globales de cerca de 1200 toneladas métricas/año de NF3. Se trata de un porcentaje significativamente más alto que el estimado por la industria, y por lo tanto fortalece la necesidad de realizar un inventario de producción de NF3 y de regular sus emisiones.
The UNFCCC, within the context of the Kyoto Protocol, decided to include nitrogen trifluoride in the second Kyoto Protocol compliance period, which begins in 2012 and ends in either 2017 or 2020. Following suit, the WBCSD/WRI GHG Protocol is amending all of its standards (corporate, product and Scope 3) to also cover NF3.[18]
La CMNUCC, dentro del contexto del Protocolo de Kioto decidió incluir el trifluoruro de nitrógeno en el segundo periodo de cumplimiento del Protocolo de Kioto que comienza en 2012 y terminara en 2017 o 2020. Del mismo modo, el Protocolo de WBCSD/WRI GHG está modificando todas sus normas (corporación, producto y Ámbito 3) también para cubrir el NF3.
Efectos del gas en humanos
El contacto de la piel con el NF3 no es peligroso, ya que es un irritante relativamente menor para las membranas mucosas y los ojos. Es un irritante pulmonar con una toxicidad comparable con los óxidos de nitrógeno, y la sobreexposición por inhalación provoca la conversión de la hemoglobina en la sangre a metahemoglobina, que puede conducir a la condición de metahemoglobinemia.