Wolfram(VI)-fluorid
# Wolfram(VI)-fluorid

Wolfram(VI)-fluorid $(WF_6),$ häufig auch Wolframhexafluorid, ist eine farblose, gasförmige Verbindung der Elemente Wolfram und Fluor und gehört zur Stoffgruppe der Hexafluoride. Es ist das dichteste bekannte Gas unter Standardbedingungen. An feuchter Luft raucht es aufgrund von Hydrolyse und besitzt einen stechenden Geruch. Es wird am häufigsten bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen und Leiterplatten im Prozess der chemischen Gasphasenabscheidung verwendet; bei seiner Zersetzung verbleibt ein Rückstand von metallischem Wolfram.

## Darstellung

Wolframhexafluorid wird durch Umsetzung von Wolfram im Fluorstrom bei Temperaturen zwischen 350 und 400 °C erhalten:

    $\mathrm {W+3\ F_{2}\longrightarrow WF_{6}}$

Das gasförmige Produkt wird kondensiert und von $WOF_4-Verunreinigungen$ durch Destillation abgetrennt.

Anstelle von Fluorgas kann auch Chlorfluorid (ClF), Chlortrifluorid $(ClF_3)$ oder Bromtrifluorid $(BrF_3)$ eingesetzt werden. Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Wolframhexafluorid ist die Umsetzung von Wolframtrioxid $(WO_3)$ mit Fluorwasserstoff (HF), $BrF_3$ oder Schwefeltetrafluorid $(SF_4).$ Wolframhexafluorid kann auch durch Umwandlung von Wolframhexachlorid $(WCl_6)$ erhalten werden:

    $\mathrm {WCl_{6}+6\ HF\longrightarrow WF_{6}+6\ HCl}$
    $\mathrm {WCl_{6}+2\ AsF_{3}\longrightarrow WF_{6}+2\ AsCl_{3}}$
    $\mathrm {WCl_{6}+3\ SbF_{5}\longrightarrow WF_{6}+3\ SbF_{3}Cl_{2}}$

Aufgrund der chemischen Ähnlichkeit von Molybdän und Wolfram ist als Verunreinigung Molybdänhexafluorid enthalten. Dieses kann durch Reduktion eines $WF_6-MoF_6-Gemisches$ mit einem beliebigen Element, einschließlich Molybdän, bei mäßig erhöhter Temperatur entfernt werden.

## Eigenschaften

### Physikalische Eigenschaften

Bei Normaldruck und Temperaturen über 17,1 °C ist Wolframhexafluorid ein farbloses diamagnetisches Gas. Im Temperaturbereich von 2,3 bis 17,1 °C ist es eine blassgelbe Flüssigkeit mit einer Dichte von 3,44 $g/cm^3$ bei 15 °C.

Bei 2,3 °C gefriert es zu einem weißen Feststoff im kubischen Kristallsystem mit dem Gitterparameter a = 628 pm und zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle mit einer berechneten Dichte von 3,99 $g·cm^{−3}.$ Bei −9 °C ist ein Festphasenübergang zu beobachten. Unterhalb dieser Temperatur kristallisiert es im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Pnma (Raumgruppen-Nr. 62)Vorlage:Raumgruppe/62 und vier Formeleinheiten pro Elementarzelle mit einer berechneten Dichte von 4,56 $g·cm^{−3}.$ Die Fluoratome nehmen dabei die hexagonal dichteste Kugelpackung ein.

    TemperaturbereichKristallsystem a [pm] b [pm] c [pm] Dichte $(g·cm^{−3})$ −9 °C … 2,3 °Ckubisch6283,99 < −9 °Corthorhombisch960,3871,3504,44,56 −140 °Corthorhombisch946,6860,8499,84,86

Mit einer außergewöhnlich hohen Dichte von etwa 12,4 g/l, etwa 10,3 mal dichter als Luft und etwa halb so groß wie die von Schaumpolystyrol, ist $WF_6$ der schwerste bekannte gasförmige Stoff (Dichte des schwersten elementaren Gases Radon: 9,73 g/l). Die Dichte im festen oder flüssigen Zustand liegt dagegen im für kovalente oder ionische Schwermetallverbindungen typischen Bereich.

Der kritische Punkt liegt bei 179,6 °C, 45,7 bar und 1,28 kg/l; der Tripelpunkt bei 2,4 °C und 0,5597 bar.

Das $WF_6-Molekül$ ist oktaedrisch $(O_h);$ die W–F-Bindungslänge beträgt 182,6 pm. Diese hohe Symmetrie ist in den meisten verwandten Verbindungen zu beobachten. Es ist jedoch festzustellen, dass Wolframhexahydrid $(WH_6)$ und Hexamethylwolfram $(W(CH_3)_6)$ eine trigonal prismatische Struktur einnehmen.

### Chemische Eigenschaften

Wolframhexafluorid ist sehr giftig und ätzend, da es bei Kontakt mit Wasser unter heftiger Reaktion Fluorwasserstoffsäure bildet. Dabei entstehen Wolframoxyfluoride oder Wolframsäure:

    $\mathrm {WF_{6}+4\ H_{2}O\longrightarrow H_{2}WO_{4}+6\ HF}$

Die hohe Hydrolyseneigung im Gegensatz zu dem auf den ersten Blick ähnlich aufgebauten Schwefelhexafluorid lässt sich durch den deutlich größeren kovalenten Radius des zentralen Wolframatoms erklären, das dadurch weniger sterisch gehindert ist.

## Verwendung

### In der Halbleiterindustrie

Wolframhexafluorid wird im Prozess der Chemischen Gasphasenabscheidung in der Herstellung von Halbleitern eingesetzt. Bei der Zersetzung der $WF_6-Moleküle$ verbleibt ein Rückstand von metallischem Wolfram. Diese Schicht dient als low-resistive metallic interconnect.

Der Ausbau der Halbleiterindustrie in den 1980er- und 1990er-Jahren führte zu einer Zunahme des Verbrauchs an $WF_6,$ der bei rund 200 Tonnen pro Jahr weltweit liegt. Wolframmetall ist attraktiv wegen seiner relativ hohen thermischen und chemischen Stabilität sowie niedrigem spezifischen Widerstand (5,6 μΩ·cm) und geringer Elektromigration. Die Verwendung von $WF_6$ ist gegenüber seinen verwandten Verbindungen (wie $WCl_6$ oder $WBr_6)$ günstiger, aufgrund seines höheren Dampfdrucks führt es zu höheren Abscheidungsraten. Seit 1967 wurden zwei Abscheidungsverfahren entwickelt, thermische Zersetzung und Reduktion mit Wasserstoff. Die erforderliche $WF_6-Gasreinheit$ ist recht hoch und bewegt sich zwischen 99,98 % und 99,9995 % je nach Anwendung.

### Andere Verwendungen

Als ein schweres Gas kann $WF_6$ als Puffer verwendet werden, um Gasreaktionen zu kontrollieren. So verlangsamt es beispielsweise die Chemie der $Ar/O_2/H_2-Flamme$ und reduziert deren Temperatur.

## Sicherheitshinweise

Wolframhexafluorid ist eine sehr aggressive Substanz, die jedes Gewebe angreift. Beim Kontakt des Gases mit Körperflüssigkeiten bildet sich Flusssäure, die auf der Haut und den Schleimhäuten der Atemwege brennt. Die Exposition des Menschen gegenüber dem Gas wirkt sich zunächst auf die Augen und Atemwege aus und verursacht Reizungen, Verlust des Sehvermögens, Husten und übermäßige Bildung von Speichel und Auswurf. Nach längerer Exposition führt dies zu Pneumonitis und Lungenödemen mit möglicher Todesfolge. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Lagerbehälter mit Teflondichtungen versehen.

