Difluoruro di diazoto

Il difluoruro di diazoto, o difluorodiazene, è un nome cumulativo di due isomeri geometrici (cis e trans) del composto inorganico binario dell'azoto trivalente con il fluoro, avente formula formula Template:Chem, o anche F–N=N–F, dove però l'azoto è nello stato di ossidazione +1. Entrambi questi alogenuri di azoto in condizioni normali sono gas incolori fortemente reattivi.

Struttura molecolare

La molecola Template:Chem può esistere nelle due forme isomere cis e trans. La forma cis ha simmetria C_2v e risulta polare (Template:M). Le lunghezze di legame N-N e N-F sono rispettivamente Template:M e Template:M; l'angolo N-N-F è 114°. La forma trans ha simmetria C_2h ed è apolare. Le lunghezze di legame N-N e N-F risultano rispettivamente Template:M e Template:M; 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 per 12,5 KJ/mol.

Sintesi

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).

$2\mathrm{N}{\phantom{A}}_3\mathrm{F}⟶2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}_2$

La reazione è potenzialmente esplosiva; per evitare problemi il metodo di sintesi più conveniente è passare difluoroammina su fluoruro di potassio:

$\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+\mathrm{K}\mathrm{F}\stackrel{(193\mathrm{K})}{\to }\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{F}{\phantom{A}}_2\cdot \mathrm{K}\mathrm{F}\stackrel{(293\mathrm{K})}{\to }\frac{1}{2}\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+\mathrm{K}\mathrm{H}\mathrm{F}{\phantom{A}}_2$

Sintesi alternative utilizzano la fluorurazione dell'azoturo di sodio o la reazione della N-N-difluorourea con idrossido di potassio.

Tutte queste procedure portano ad una miscela dei due isomeri, che possono poi essere separati per distillazione frazionata a bassa temperatura. Altrimenti esistono procedure per sintetizzare il singolo isomero. L'isomero trans si ottiene facendo reagire tetrafluoroidrazina con cloruro d'alluminio:

$2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3⟶𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠-\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+3\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2$

L'isomero cis si ottiene facendo reagire una miscela degli isomeri con Template:Chem. Solo l'isomero cis reagisce formando Template:Chem e Template:Chem; la successiva reazione di Template:Chem con NaF e HF produce solo cis-Template:Chem:

$𝑐𝑖𝑠-\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+\mathrm{A}\mathrm{s}\mathrm{F}{\phantom{A}}_5⟶\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}^{+}\cdot \mathrm{A}\mathrm{s}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6{\phantom{A}}^{-}$

Reattività

I due isomeri di Template:Chem 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:

$2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{F}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Entrambi gli isomeri per riscaldamento si decompongono formando fluoro e azoto elementari.

Bibliografia

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