Trifluorură de bor

Trifluorură de bor


Numele IUPAC
trifluorură de bor
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută	BF ₃
Masa moleculară ( u )	67,81
Aspect	gaz incolor
numar CAS	7637-07-2
Numărul EINECS	231-569-5
PubChem	6356
ZÂMBETE	`B(F)(F)F`
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / l, în cs )	2.178
Temperatură de topire	−126 ° C (147 K)
Temperatura de fierbere	−100,3 ° C (172,9 K)
Proprietăți termochimice
Δ _f H ⁰ (kJ mol ⁻¹ )	−1137
S ⁰ _m (J K ⁻¹ mol ⁻¹ )	254.12
C ⁰ _{p, m} (J K ⁻¹ mol ⁻¹ )	50,46
Informații de siguranță
Simboluri de pericol chimic

Pericol
Fraze H	280 - 314 - 330 -EUH014
Sfaturi P	260 - 280 - 284 - 305 + 351 + 338 - 310 - 410 + 403 ^[1]
Editați datele pe Wikidata · Manual

Trifluorura de bor este compusul chimic cu formula ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ . Este un gaz incolor, toxic , cu miros înțepător, care formează vapori albi în aerul umed. Este un acid Lewis și un reactiv versatil pentru prepararea altor compuși de bor .

Structură și legături

Trihalidele de bor sunt compuși moleculari monomerici, spre deosebire de trihalidele de aluminiu. Amestecurile de diferite halogenuri schimbă foarte rapid halogeni:

{\ce {BF3 + BCl3 <=> BF2Cl + BCl2F}}

{\ displaystyle {\ ce {BF3 + BCl3 <=> BF2Cl + BCl2F}}}

{\ displaystyle {\ ce {BF3 + BCl3 <=> BF2Cl + BCl2F}}}

Reacția se desfășoară probabil prin formarea dimerilor instabili. Datorită acestei reacții, compușii cu halogeni amestecați nu pot fi obținuți în formă pură.

Geometria moleculei ${\ce {BF_3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF_3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF_3}}}$ este plan trigonal. Simetria ${\ce {D_{3h}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {D_ {3h}}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {D_ {3h}}}}$ este în conformitate cu previziunile teoriei VSEPR . Deși conține trei legături covalente polare, molecula are moment dipolar zero datorită simetriei sale ridicate. ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ este o moleculă tipică deficitară de electroni, dovadă fiind faptul că reacționează ușor cu bazele Lewis .

În trialogenul compus ${\ce {BX3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX3}}}$ distanța de legătură dintre bor și halogen este mai mică decât cea care ar fi de așteptat pentru o legătură simplă; ^[2] acest lucru a fost interpretat cu prezența unei contribuții apreciabile π la obligațiune. După cum se arată în figură, este ușor să invocați o suprapunere între un orbital $p$ ${\ displaystyle p}$ $p$ a atomului central de bor cu o combinație a celor trei orbitali $p$ ${\ displaystyle p}$ $p$ cu aceeași orientare prezentă pe atomii de fluor . ^[2]

Sinteză

${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ este preparat industrial prin tratarea termică a oxidului de bor sau a boratului cu fluorit și acid sulfuric concentrat: ^[3]

{\ce {B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 -> 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O}}

{\ displaystyle {\ ce {B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 -> 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O}}}

{\ displaystyle {\ ce {B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 -> 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O}}}

În laborator poate fi produs ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ prin descompunere termică a tetrafluoroboratului de diazoniu ( reacția Schiemann ): ^[4]

{\ce {PhN2BF4 -> PhF + BF3 + N2}}

{\ displaystyle {\ ce {PhN2BF4 -> PhF + BF3 + N2}}}

{\ displaystyle {\ ce {PhN2BF4 -> PhF + BF3 + N2}}}

Aciditatea lui Lewis și reacțiile conexe

Trifluorura de bor este un acid Lewis foarte versatil și formează produse aductive cu baze Lewis, cum ar fi fluorurile și eterii :

{\ce {CsF + BF3 -> CsBF4}}

{\ displaystyle {\ ce {CsF + BF3 -> CsBF4}}}

{\ displaystyle {\ ce {CsF + BF3 -> CsBF4}}}

{\ce {O(C2H5)2 + BF3 -> BF3O(C2H5)2}}

{\ displaystyle {\ ce {O (C2H5) 2 + BF3 -> BF3O (C2H5) 2}}}

{\ displaystyle {\ ce {O (C2H5) 2 + BF3 -> BF3O (C2H5) 2}}}

Anionul tetrafluoroborat ( ${\ce {BF4^-}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF4 ^ -}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF4 ^ -}}}$ ) este utilizat în mod obișnuit ca anion necoordonator. Aductul de etil eter este un lichid convenabil de manipulat și, prin urmare, este utilizat pe scară largă în laborator ca sursă de ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ .

Comparații ale acidității Lewis

Toate cele trei trihaluri de bor, ${\ce {BX_3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX_3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX_3}}}$ ( ${\ce {X = F, Cl, Br}}$ ${\ displaystyle {\ ce {X = F, Cl, Br}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {X = F, Cl, Br}}}$ ) formează aducte stabile cu baze Lewis simple. Aciditatea lor relativă poate fi estimată prin compararea exotermicității reacțiilor de formare a aductului. Din aceste măsurători s-a obținut următoarea ordine a acidității Lewis:

{\ce {BF3 < BCl3 < BBr3}}

{\ displaystyle {\ ce {BF3 <BCl3 <BBr3}}}

{\ displaystyle {\ ce {BF3 <BCl3 <BBr3}}}

(acid Lewis mai puternic)

Această tendință este de obicei atribuită cantității de contribuție π la legătura care se pierde trecând de la forma plană a moleculei ${\ce {BX3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX3}}}$ la forma tetraedrică din aductul format, ^[5] cantitate care variază în ordinea:

{\ce {BF3 > BCl3 > BBr3}}

{\ displaystyle {\ ce {BF3> BCl3> BBr3}}}

{\ displaystyle {\ ce {BF3> BCl3> BBr3}}}

(devine mai ușor tetraedric)

Cu toate acestea, criteriile pentru evaluarea forțelor relative ale legăturii π nu sunt complet clare. ^[2]
O posibilă interpretare consideră că, deoarece atomul de fluor este mai mic decât cel al bromului, perechea de electroni a orbitalului $p_{z}$ ${\ displaystyle p_ {z}}$ ${\ displaystyle p_ {z}}$ de fluor poate da o suprapunere mai mare cu orbitalul $p_{z}$ ${\ displaystyle p_ {z}}$ ${\ displaystyle p_ {z}}$ vid de bor. În consecință, în ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ contributia $\pi$ ${\ displaystyle \ pi}$ $\ pi$ la legătură este mai mare decât ${\ce {BBr3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BBr3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BBr3}}}$ .

Într-o altă interpretare, aciditatea mai mică a lui Lewis de ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ este atribuită slăbiciunii relative a legăturii care se formează în răpit ${\ce {F3B-L}}$ ${\ displaystyle {\ ce {F3B-L}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {F3B-L}}}$ . ^[6] ^[7]

Hidroliză

Trifluorura de bor reacționează incomplet cu apa, formând tetrafluoroborați și acid boric .

{\ce {4 BF3 + 3 H2O -> 3 H+ + 3 BF4- + B(OH)3}}

{\ displaystyle {\ ce {4 BF3 + 3 H2O -> 3 H + + 3 BF4- + B (OH) 3}}}

{\ displaystyle {\ ce {4 BF3 + 3 H2O -> 3 H + + 3 BF4- + B (OH) 3}}}

Celelalte halogenuri, pe de altă parte, sunt complet hidrolizate în apă, fără a forma ionul tetraedric ${\ce {BX4^-}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX4 ^ -}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BX4 ^ -}}}$ . De exemplu:

{\ce {BCl3 + 3 H2O -> 3 HCl + B(OH)3}}

{\ displaystyle {\ ce {BCl3 + 3 H2O -> 3 HCl + B (OH) 3}}}

{\ displaystyle {\ ce {BCl3 + 3 H2O -> 3 HCl + B (OH) 3}}}

Precauții de utilizare

Trifluorura de bor este corozivă. Recipientele pentru trifluorură de bor trebuie să fie fabricate din metale adecvate precum oțelul inoxidabil , monel și hastelloy. În prezența umidității, acesta corodează oțelul, chiar și oțelul inoxidabil. Reacționează cu poliamide , în timp ce politetrafluoretilena , policlorotrifluoretilena, polivinilfluorura și polipropilena rezistă satisfăcător. Grăsimea utilizată pentru a lubrifia echipamentul trebuie să fie pe bază de fluorocarbon , deoarece ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ reacționează cu grăsimile pe bază de hidrocarburi. ^[8]

Utilizări

În cele mai multe cazuri ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ este folosit ca acid Lewis. Principalele utilizări sunt:

Reacții de acilare și alchilare Friedel-Crafts . Aceste reacții nu sunt strict catalitice, având în vedere că ${\ce {BF3}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {BF3}}}$ se consumă. De exemplu:

{\ce {PhH + RX + BF3 -> Ph-R + H+ + BF3X-}}

{\ displaystyle {\ ce {PhH + RX + BF3 -> Ph-R + H + + BF3X-}}}

{\ displaystyle {\ ce {PhH + RX + BF3 -> Ph-R + H + + BF3X-}}}

reacții de polimerizare a compușilor nesaturați, cum ar fi alchenele
reacții de izomerizare a hidrocarburilor saturate și nesaturate
crăparea hidrocarburilor în industria petrolieră
reacții de esterificare și condensare
sinteza altor compuși ai borului, cum ar fi boranii și boratele
sinteza aditivilor pentru lubrifianți
Dopajul de tip P în fabricarea semiconductorilor
detectarea termică a neutronilor utilizată ca metru proporțional al gazului prin exploatarea secțiunii transversale de absorbție ridicată a borului cu neutroni cu energie redusă.

Notă

^ Sigma Aldrich; rev. din 05.12.2012
^ ^a ^b ^c Greenwood, NN; A. Earnshaw (1997). Chimia elementelor, ediția a II-a, Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4 .
^ Holleman, AF; Wiberg, E. „Chimie anorganică” Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5 .
^ Flood, DT (1943). „Fluorobenzen”. Org. Sintetizator. 2 : 295.
^ Bumbac, FA; Wilkinson, G.; Murillo, CA; Bochmann, M. (1999). Chimie anorganică avansată (Ed. A 6-a) New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5 .
^ Complexele de calcogenidă din grupa V ale trihalidelor de bor Boorman, PM; Potts, D. canadian. Journal of Chemistry (Rev. chem. Can.) Volumul 52, (1974) pp 2016-2020
^ T. Brinck, JS Murray și P. Politzer, O analiză de calcul a legăturii în trifluorură de bor și triclorură de bor și complexele lor cu amoniac , în Inorg. Chem. , vol. 32, nr. 12, 1993, pp. 2622-2625, DOI : 10.1021 / ic00064a008 .
^ Trifluorură de bor , în Gas Encyclopedia , Air Liquide .

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre trifluorură de bor

linkuri externe

https://www.osha.gov/dts/chemicalsampling/data/CH_221700.html
https://web.archive.org/web/20090310182250/http://www.cdc.gov/niosh/ipcsneng/neng0231.html
Inventarul Național al Poluanților - Fișă informativă despre bor și compuși , pe npi.gov.au. Adus la 4 martie 2009 (arhivat din original la 9 februarie 2006) .
Inventarul Național al Poluanților - Fișă informativă despre fluoruri și compuși , pe npi.gov.au. Adus la 4 martie 2009 (arhivat din original la 16 ianuarie 2006) .
Pagina WebBook pentru BF3 ^{[ link rupt ]} , pe webbook.nist.gov .

Controlul autorității	LCCN (EN) sh2007010028 · GND (DE) 4146382-1

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei

[1] Sigma Aldrich; rev. din 05.12.2012

[greenwood-2] Greenwood, NN; A. Earnshaw (1997). Chimia elementelor, ediția a II-a, Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4 .

[3] Holleman, AF; Wiberg, E. „Chimie anorganică” Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5 .

[4] Flood, DT (1943). „Fluorobenzen”. Org. Sintetizator. 2 : 295.

[5] Bumbac, FA; Wilkinson, G.; Murillo, CA; Bochmann, M. (1999). Chimie anorganică avansată (Ed. A 6-a) New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5 .

[6] Complexele de calcogenidă din grupa V ale trihalidelor de bor Boorman, PM; Potts, D. canadian. Journal of Chemistry (Rev. chem. Can.) Volumul 52, (1974) pp 2016-2020

[7] T. Brinck, JS Murray și P. Politzer, O analiză de calcul a legăturii în trifluorură de bor și triclorură de bor și complexele lor cu amoniac , în Inorg. Chem. , vol. 32, nr. 12, 1993, pp. 2622-2625, DOI : 10.1021 / ic00064a008 .

[8] Trifluorură de bor , în Gas Encyclopedia , Air Liquide .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]