Fluorid wolframový

 

Fluorid wolframový, někdy též hexafluorid wolframu, je anorganická sloučenina s chemickým vzorcem WF₆. Je to toxický, žíravý, bezbarvý plyn s hustotou asi 13 kg/m³ (zhruba 11krát těžší než vzduch). Je to jeden z nejhustších známých plynů za standardních podmínek. WF₆ se běžně používá v polovodičovém průmyslu k nanášení wolframových filmů s využitím chemické depozice z plynné fáze. Tato vrstva vytváří vodivé spoje s nízkým odporem. Je to jeden ze sedmnácti známých binárních hexafluoridů.

Vlastnosti

Molekula WF₆ je oktaedrická s grupou symetrií O_h . Délky W–F vazeb jsou 183,2 pm. V rozmezí teplot 2,3 °C a 17 °C fluorid wolframový kondenzuje na bezbarvou kapalinu o hustotě 3440 kg/m³ při 15°C. Při 2,3 °C tuhne na bílou pevnou látku s krychlovou krystalickou strukturou, mřížkovou konstantou 628 pm a vypočtenou hustotou 3990 kg/m³. Při −9 °C se struktura přemění na ortorombickou s mřížkovými konstantami a = 960,3 pm, b = 871,3 pm a c = 504,4 pm a hustotou 4,56 kg/m³. V této fázi je vzdálenost W–F 181 pm. Zatímco Plyn je jedním z nejhustších plynů, jehož hustota převyšuje hustotu nejtěžšího elementárního plynu radonu (9,73 g/l), hustota  v kapalném a pevném stavu je spíše mírný.

Tlak par v rozmezí teplot -70 °C a 17 °C lze popsat rovnicí

log₁₀ P = 4.55569 − Šablona:Sfraclog₁₀ P = 4.55569 − Šablona:Sfrac,

kde P = tlak par (bar), T = teplota (°C).

Syntéza

Fluorid wolframový se obvykle vyrábí exotermickou reakcí plynného fluoru s wolframovým práškem při teplotě mezi 350 °C a 400 °C: W + 3 F₂ → WF₆

 

Plynný produkt se destilací oddělí od WOF₄ (obvyklá nečistota). Ve variantě přímé fluorace se kov umístí do vyhřívaného reaktoru, mírně natlakovaného na 8 až 14 kPa, s konstantním průtokem WF₆ s malým podílem plynného fluoru.

Plynný fluor ve výše uvedené metodě může být nahrazen ClF, ClF₃ nebo BrF₃. Alternativním postupem výroby fluoridu wolframu je reakce oxidu wolframového (WO₃) s HF, BrF₃, popř. SF₄. Hexafluorid wolframu lze také získat konverzí chloridu wolframového pomocí HF, AsF₃ nebo SbF₅

WCl₆ + 6 HF → WF₆ + 6 HCl nebo

WCl₆ + 2 AsF₃ → WF₆ + 2 AsCl₃ nebo

WCl₆ + 3 SbF₅ → WF₆ + 3 SbF₃Cl₂

Reakce

Ve styku s vodou nebo vodní parou vzniká fluorovodík (HF) a oxyfluoridy wolframu, případně až oxid wolframový:

  WF₆ + 3 H₂O → WO₃ + 6 HF

Na rozdíl od některých jiných fluoridů kovů, WF₆ není dobrým fluoračním činidlem ani silným oxidantem. WF₆ lze zredukovat na žlutý  WF₄.

Aplikace v polovodičovém průmyslu

Nejrozšířenější použití fluoridu wolframového je v polovodičovém průmyslu, kde se používá pro nanášení kovového wolframu pomocí chemické depozice z plynné fáze . Rozvoj polovodičového průmyslu v 80. a 90. letech vedl k nárůstu spotřeby na úroveň kolem 200 tun ročně. Kovový wolfram je atraktivní díky své relativně vysoké tepelné a chemické stabilitě, nízkému odporu (5,6 μΩ·cm) a velmi nízké elektromigraci. Výhodou WF₆ oproti příbuzným sloučeninám jako WCl₆ nebo WBr₆ je vyšší tlak par a tedy vyšší rychlosti depozice. Byly vyvinuty dva způsoby depozice: tepelný rozklad a redukce vodíkem. Požadovaná čistota plynu je poměrně vysoká, v závislosti na aplikaci se pohybuje mezi 99,98 % a 99,9995 %.

Jiné aplikace

  can be used for the production of tungsten carbide.

Jako těžký plyn,  lze použít jako pufr pro řízení reakcí plynů. Například zpomaluje chemii Ar/  /  plamen a snižuje teplotu plamene.

Bezpečnost

Fluorid wolframový je extrémně korozivní, napadá jakýkoli organický materiál. Kvůli tvorbě kyseliny fluorovodíkové při reakci  s vlhkostí, Zásobní nádoby mají teflonová těsnění.