Chlorine pentafluoride

Klorin pentafluorida adalah senyawa interhalogen dengan rumus ClF5. Gas tak berwarna ini merupakan oksidator kuat yang pernah menjadi calon oksidator roket. Molekul ini mengadopsi struktur piramida persegi dengan simetri C4v, sebagaimana dikonfirmasi oleh spektrum NMR 19F beresolusi tinggi. Senyawa ini pertama kali disintesis pada tahun 1963.[1] [2][3]

Persiapan

Beberapa penelitian paling awal tentang persiapan ini diklasifikasikan.Pertama kali disiapkan dengan fluorinasi klorin trifluorida pada suhu tinggi dan tekanan tinggi:[4][5][6]

ClF3 + F2 → ClF5
ClF + 2F2 → ClF5
Cl2 + 5F2 → 2ClF5
CsClF4 + F2 → CsF + ClF5

NiF 2 mengkatalisis reaksi ini.

Fluorida logam tertentu, MClF4 (yaitu KClF4, RbClF4, CsClF4), bereaksi dengan F2 untuk menghasilkan ClF5 dan fluorida logam alkali yang sesuai.

Reaksi

Dalam reaksi yang sangat eksotermik, ClF5 bereaksi dengan air menghasilkan kloril fluorida dan hidrogen fluorida :[6][7]

ClF5 + 2 H2O → ClO2F + 4 HF

Ia juga merupakan agen fluorinasi yang kuat. Pada suhu kamar, ia bereaksi dengan mudah dengan semua elemen (termasuk elemen "inert" seperti platinum dan emas) kecuali gas mulia, nitrogen, oksigen, dan fluor.

Penggunaan

Bahan bakar roket

Klorin pentafluorida pernah dipertimbangkan untuk digunakan sebagai oksidator roket. Sebagai propelan, ia memiliki impuls spesifik maksimum yang lebih tinggi daripada ClF3, tetapi dengan kesulitan yang sama dalam penanganannya. Karena sifat klorin pentafluorida yang berbahaya, ia belum digunakan dalam sistem propulsi roket skala besar.

Perbandingan propelan roket cair di permukaan laut dan dalam ruang hampa

Data dalam tabel di bawah ini berasal dari buku Huzel & Huang "Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines", 1992, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, (ISBN 1-56347-013- 6); Berisi hasil yang diterbitkan oleh Rocketdyne berdasarkan perhitungan yang dilakukan dengan asumsi pembakaran adiabatik, ekspansi isentropik uniaxial dan penyesuaian berkelanjutan rasio campuran oksidan/bahan bakar sebagai fungsi ketinggian. Perhitungan ini dilakukan untuk tekanan ruang bakar sebesar 1.000 PSI, yaitu 1.000 "pon per inci persegi", yang dalam satuan internasional (SI) setara dengan 6.894.757 Pa. Kecepatan ejeksi pada tekanan yang lebih rendah dapat diperkirakan dengan menerapkan koefisien dari grafik seberang.

Besaran yang ditampilkan dalam tabel ini adalah sebagai berikut:

  • ratio, perbandingan pencampuran (laju aliran massa oksidan terhadap laju aliran massa bahan bakar)
  • v e, kecepatan ejeksi gas buang, dinyatakan dalam meter per detik
  • ρ, kepadatan nyata propelan, dinyatakan dalam gram per sentimeter kubik
  • T C, suhu keseimbangan di ruang bakar, dinyatakan dalam °C
  • C*, kecepatan karakteristik, dinyatakan dalam meter per detik

Tujuan tabel ini adalah untuk menjelaskan evolusi parameter antara lepas landas dan kedatangan di orbit: di sebelah kiri, nilai di permukaan laut; di sebelah kanan, sama dalam kehampaan. Ini adalah nilai nominal yang dihitung untuk sistem ideal, dibulatkan dalam satuan SI (komposisi dinyatakan dalam persentase massa):

Oksidan Bahan bakar reduktor Hiprg Kriyo Ekspansi optimal pada 6.895 kPa
di permukaan laut 		Ekspansi optimal pada 6.895 kPa
dalam ruang hampa
Bipropelan kriogenik pengoksidasi LOX, LF2 atau FLOX ratio
Ox/Red 		v e
m/s 		ρ
/cm 3 		T C
°C 		C*
m/s 		ratio
Ox/Red 		v e
m/s 		ρ
/cm 3 		T C
°C 		C*
m/s
O2 H2 Tidak Ya 4.13 3.816 0,29 2.740 2.416 4.83 4.462 0,32 2.978 2.386
CH4 Tidak Ya 3.21 3.034 0,82 3.260 1.857 3.45 3.615 0,83 3.290 1.838
C2H6 Tidak Ya 2.89 3.006 0,90 3.320 1.840 3.10 3.584 0,91 3.351 1.825
RP-1 Tidak Ya 2.58 2.941 1.03 3.403 1.799 2.77 3.510 1.03 3.428 1.783
N2H4 Tidak Ya 0,92 3.065 1.07 3.132 1.892 0,98 3.460 1.07 3.146 1.878
B2H6 Tidak Ya 1.96 3.351 0,74 3.489 2.041 2.06 4.016 0,75 3.563 2.039
70% O2+ 30 F2 H2 Tidak Ya 4.80 3.871 0,32 2.954 2.453 5.70 4.520 0,36 3.195 2.417
RP-1 Tidak Ya 3.01 3.103 1.09 3.665 1.908 3.30 3.697 1.10 3.692 1.889
70 F2+ 30% O2 RP-1 Ya Ya 3.84 3.377 1.20 4.361 2.106 3.84 3.955 1.20 4.361 2.104
87,8 F2+ 12,2% O2 MMH Ya Ya 2.82 3.525 1.24 4.454 2.191 2.83 4.148 1.23 4.453 2.186
F2 H2 Ya Ya 7.94 4.036 0,46 3.689 2.556 9.74 4.697 0,52 3.985 2.530
34,8% Li 65,2% H2 Ya Ya 0,96 4.256 0,19 1.830 2.680
39,3% Li + 60,7 H2 Ya Ya 1.08 5.050 0,21 1.974 2.656
CH4 Ya Ya 4.53 3.414 1.03 3.918 2.068 4.74 4.075 1.04 3.933 2.064
C2H6 Ya Ya 3.68 3.335 1.09 3.914 2.019 3.78 3.987 1.10 3.923 2.014
MMH Ya Ya 2.39 3.413 1.24 4.074 2.063 2.47 4.071 1.24 4.091 1.987
N2H4 Ya Ya 2.32 3.580 1.31 4.461 2.219 2.37 4.215 1.31 4.468 2.122
NH3 Ya Ya 3.32 3.531 1.12 4.337 2.194 3.35 4.143 1.12 4.341 2.193
Bipropelan kriogenik dengan pengoksidasi oksigen fluorida Hiprg Kriyo Rasio

Ox/Red

v e

m/s

ρ

/cm 3

T C

°C

C*

m/s

Rasio

Ox/Red

v e

m/s

ρ

/cm 3

T C

°C

C*

m/s

OF2 H2 Ya Ya 5.92 4.014 0,39 3.311 2.542 7.37 4.679 0,44 3.587 2.499
CH4 Ya Ya 4.94 3.485 1.06 4.157 2.160 5.58 4.131 1.09 4.207 2.139
C2H6 Ya Ya 3.87 3.511 1.13 4.539 2.176 3.86 4.137 1.13 4.538 2.176
RP-1 Ya Ya 3.87 3.424 1.28 4.436 2.132 3.85 4.021 1.28 4.432 2.130
N2H4 Ya Ya 1.51 3.381 1.26 3.769 2.087 1.65 4.008 1.27 3.814 2.081
MMH Ya Ya 2.28 3.427 1.24 4.075 2.119 2.58 4.067 1.26 4.133 2.106
50,5% MMH + 29,8% N2H4+ 19,7 H2O Ya Ya 1.75 3.286 1.24 3.726 2.025 1.92 3.908 1.25 3.769 2.018
B2H6 Ya Ya 3,95 3.653 1.01 4.479 2.244 3,98 4.367 1.02 4.486 2.167
Bipropelan tersimpan dengan oksidan nitrogen Hiprg Kriyo Rasio

Ox/Red

v e

m/s

ρ

/cm 3

T C

°C

C*

m/s

Rasio

Ox/Red

v e

m/s

ρ

/cm 3

T C

°C

C*

m/s

IRFNA III a MMH Ya Tidak 2.59 2.690 1.27 2.849 1.665 2.71 3.178 1.28 2.841 1.655
UDMH Ya Tidak 3.13 2.668 1.26 2.874 1.648 3.31 3.157 1.27 2.864 1.634
60% UDMH + 40% DETA Ya Tidak 3.26 2.638 1.30 2.848 1.627 3.41 3.123 1.31 2.839 1.617
IRFNA IV HDA MMH Ya Tidak 2.43 2.742 1.29 2.953 1.696 2.58 3.242 1.31 2.947 1.680
UDMH Ya Tidak 2.95 2.719 1.28 2.983 1.676 3.12 3.220 1.29 2.977 1.662
60% UDMH + 40% DETA Ya Tidak 3.06 2.689 1.32 2.903 1.656 3.25 3.187 1.33 2.951 1.641
N2O4 N2H4 Ya Tidak 1.36 2.862 1.21 2.992 1.781 1.42 3.369 1.22 2.993 1.770
MMH Ya Tidak 2.17 2.827 1.19 3.122 1.745 2.37 3.347 1.20 3.125 1.724
50% UDMH + 50% N2H4 Ya Tidak 1,98 2.831 1.12 3.095 1.747 2.15 3.349 1.20 3.096 1.731
Bipropelan tersimpan dengan oksidan terhalogenasi Hiprg Kriyo Rasio

Ox/Red

v e

m/s

ρ

/cm 3

T C

°C

C*

m/s

Rasio

Ox/Red

v e

m/s

ρ

/cm 3

T C

°C

C*

m/s

ClF3 N2H4 Ya Tidak 2.81 2.885 1.49 3.650 1.824 2.89 3.356 1,50 3.666 1.822
ClF5 N2H4 Ya Tidak 2.66 3.069 1.47 3.894 1.935 2.71 3.580 1.47 3.905 1.934
MMH Ya Tidak 2.82 2.962 1.40 3.577 1.837 2.83 3.488 1.40 3.579 1.837
86% MMH + 14% N2H4 Ya Tidak 2.78 2.971 1.41 3.575 1.844 2.81 3.498 1.41 3.579 1.844

Referensi

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, hlm. 833, ISBN 0-7506-3365-4 
  2. ^ Pilipovich, D.; Maya, W.; Lawton, E.A.; Bauer, H.F.; Sheehan, D. F.; Ogimachi, N. N.; Wilson, R. D.; Gunderloy, F. C.; Bedwell, V. E. (1967). "Chlorine pentafluoride. Preparation and Properties". Inorganic Chemistry. 6 (10): 1918. doi:10.1021/ic50056a036. 
  3. ^ Smith D. F. (1963). "Chlorine Pentafluoride". Science. 141 (3585): 1039–1040. Bibcode:1963Sci...141.1039S. doi:10.1126/science.141.3585.1039. PMID 17739492. 
  4. ^ Clark, John Drury (23 May 2018). Ignition!: An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. hlm. 87–88. ISBN 978-0-8135-9918-2. 
  5. ^ Smith D. F. (1963). "Chlorine Pentafluoride". Science. 141 (3585): 1039–1040. Bibcode:1963Sci...141.1039S. doi:10.1126/science.141.3585.1039. PMID 17739492. 
  6. ^ a b Šmalc A, Žemva B, Slivnik J, Lutar K (1981). "On the Synthesis of Chlorine Pentafluoride". Journal of Fluorine Chemistry. 17 (4): 381–383. doi:10.1016/S0022-1139(00)81783-2. 
  7. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, hlm. 834, ISBN 0-7506-3365-4