Trifluorek boru - Boron trifluoride

Trifluorek boru
Trójfluorek boru w 2D
Trójfluorek boru w 3D
Nazwy
Inne nazwy
Fluorek boru, Trifluoroboran
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Karta informacyjna ECHA 100.028.699 Edytuj to w Wikidata
Numer WE
Numer RTECS
UNII
Numer ONZ skompresowany: 1008 .
dihydrat trifluorku boru: 2851 .
  • InChI = 1S / BF3 / c2-1 (3) 4  czek Y
    Klucz: WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N  czek Y
  • FB (F) F.
Nieruchomości
BF 3
Masa cząsteczkowa 67,82 g / mol (bezwodny)
103,837 g / mol (dwuwodzian)
Wygląd bezbarwny gaz (bezwodny)
bezbarwna ciecz (dwuwodzian)
Gęstość 0,00276 g / cm 3 (gaz bezwodny)
1,64 g / cm 3 (dwuwodzian)
Temperatura topnienia -126,8 ° C (-196,2 ° F; 146,3 K)
Temperatura wrzenia −100,3 ° C (−148,5 ° F; 172,8 K)
rozkład egzotermiczny (bezwodny)
bardzo dobrze rozpuszczalny (dwuwodzian)
Rozpuszczalność rozpuszczalny w benzenie , toluenie , heksanie , chloroformie i chlorku metylenu
Ciśnienie pary > 50 atm (20 ° C)
0 D
Termochemia
50,46 J / mol K
254,3 J / mol K
-1137 kJ / mol
-1120 kJ / mol
Zagrożenia
Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa ICSC 0231
Piktogramy GHS Naciśnij.  GazAcute Tox.  2Skin Corr.  1AGHS08: zagrożenie dla zdrowia
Hasło ostrzegawcze GHS Niebezpieczeństwo
H280 , H330 , H314 , H335 , H373
P260 , P280 , P303 + 361 + 353 , P304 + 340 , P310 , P305 + 351 + 338 , P403 + 233
NFPA 704 (ognisty diament)
Temperatura zapłonu Nie palne
Dawka lub stężenie śmiertelne (LD, LC):
1227 ppm (mysz, 2 godziny)
39 ppm (świnka morska, 4 godziny)
418 ppm (szczur, 4 godziny)
NIOSH (limity narażenia zdrowotnego w USA):
PEL (dopuszczalny)
C 1 ppm (3 mg / m 3 )
REL (zalecane)
C 1 ppm (3 mg / m 3 )
IDLH (bezpośrednie zagrożenie)
25 ppm
Związki pokrewne
trichlorek
boru tribromek
boru trijodek boru
fluorek glinu fluorek
galu (III) fluorek
indu (III) fluorek
talu (III)
Związki pokrewne
monofluorek boru
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒ N   zweryfikować  ( co to jest    ?) czek Y ☒ N
Referencje Infobox

Trifluorek boru jest związkiem nieorganicznym o wzorze BF 3 . Ten ostry, bezbarwny toksyczny gaz tworzy białe opary w wilgotnym powietrzu. Jest użytecznym kwasem Lewisa i wszechstronnym budulcem dla innych związków boru .

Struktura i klejenie

Geometria cząsteczki BF 3 jest trygonalna płaska . Jego symetria D 3h jest zgodna z przewidywaniami teorii VSEPR . Cząsteczka nie ma momentu dipolowego ze względu na swoją wysoką symetrię. Cząsteczka jest izoelektroniczna z anionem węglanowym CO 2
3
.

BF 3 jest powszechnie określany jako „ deficytem elektronów ” opisu, który jest wzmocniony przez jego egzotermicznej reaktywności wobec zasady Lewisa .

W trihalogenkach boru , BX 3 , długość wiązań B – X (1,30 A) jest krótsza niż można by oczekiwać dla wiązań pojedynczych, a ta krótkość może wskazywać na silniejsze wiązanie B – X π we fluorku. Łatwe wyjaśnienie odwołuje się do dozwolonej symetrii nakładania się orbitalu p na atomie boru z połączeniem fazowym trzech podobnie zorientowanych orbitali p na atomach fluoru. Inni wskazują na jonową naturę wiązań w BF 3 .

Schemat wiązania pi trifluorku boru

Synteza i postępowanie

BF 3 jest wytwarzany w reakcji tlenków boru z fluorowodorem :

B 2 O 3 + 6 HF → 2 BF 3 + 3 H 2 O

Zazwyczaj HF jest wytwarzany in situ z kwasu siarkowego i fluorytu (CaF 2 ). Każdego roku produkuje się około 2300-4500 ton trifluorku boru.

Skala laboratoryjna

W przypadku reakcji na skalę laboratoryjną BF 3 jest zwykle wytwarzany in situ przy użyciu eteratu trifluorku boru , który jest cieczą dostępną w handlu.

Laboratoryjne drogi do materiałów bezrozpuszczalnikowych są liczne. Dobrze udokumentowana droga obejmuje termiczny rozkład soli diazoniowych BF -
4
:

PhN 2 BF 4 PhF + BF 3 + N 2

Alternatywnie powstaje w reakcji tetrafluoroboranu sodu , trójtlenku boru i kwasu siarkowego :

6 NaBF 4 + B 2 O 3 + 6 H 2 SO 4 → 8 BF 3 + 6 NaHSO 4 + 3 H 2 O

Nieruchomości

Bezwodny trifluorek boru ma temperaturę wrzenia -100,3 ° C i krytyczną temperaturę -12,3 ° C, dzięki czemu może być przechowywany jako schłodzona ciecz tylko między tymi temperaturami. Zbiorniki magazynowe lub transportowe powinny być zaprojektowane tak, aby wytrzymywały ciśnienie wewnętrzne, ponieważ awaria systemu chłodniczego może spowodować wzrost ciśnienia do wartości krytycznej 49,85 bara (4,985 MPa).

Trójfluorek boru jest żrący. Odpowiednie metale do urządzeń obsługujących trifluorek boru obejmują stal nierdzewną , monel i hastelloy . W obecności wilgoci powoduje korozję stali, w tym stali nierdzewnej. Reaguje z poliamidami . Politetrafluoroetylen , polichlorotrifluoroetylen , polifluorek winylidenu i polipropylen wykazują zadowalającą odporność. Tłuszcz stosowany w urządzeniu powinien być fluorowęglowego bazie jak trifluorek boru reaguje z tych opartych na węglowodorach.

Reakcje

W przeciwieństwie do trihalogenków glinu i galu, wszystkie trihalogenki boru są monomeryczne. Podlegają szybkim reakcjom wymiany halogenków:

BF 3 + BCl 3 → BF 2 Cl + BCl 2 F.

Ze względu na łatwość tego procesu wymiany, mieszane halogenki nie mogą być otrzymane w czystej postaci.

Trifluorek boru to wszechstronny kwas Lewisa, który tworzy addukty z takimi zasadami Lewisa jak fluor i etery :

CSF + BF 3 → CSBF 4
O (C 2 H 5 ) 2 + BF 3 → BF 3 · O (C 2 H 5 ) 2

Sole tetrafluoroboranowe są powszechnie stosowane jako niekoordynujące aniony . Addukt z eterem dietylowym , eteratem dietylowym trifluorku boru lub po prostu eteratem trifluorku boru (BF 3 · O (Et) 2 ) jest cieczą do wygodnego manipulowania i w konsekwencji jest powszechnie spotykana jako laboratoryjne źródło BF 3 . Innym popularnym adduktem jest addukt z siarczkiem dimetylu (BF 3 · S (Me) 2 ), który można traktować jako czystą ciecz.

Porównawcza kwasowość Lewisa

Wszystkie trzy lżejsze trihalogenki boru, BX 3 (X = F, Cl, Br) tworzą stabilne addukty ze zwykłymi zasadami Lewisa. Ich względną kwasowość Lewisa można ocenić w kategoriach względnej egzotermiczności reakcji tworzenia adduktu. Takie pomiary ujawniły następującą sekwencję kwasowości Lewisa:

BF 3 <BCl 3 <BBr 3 (najsilniejszy kwas Lewisa)

Tendencję tę powszechnie przypisuje się stopniowi wiązania π w planarnym trihalogenku boru, który zostałby utracony po piramidalizacji cząsteczki BX 3 . co podąża za tym trendem:

BF 3 > BCl 3 > BBr 3 (najłatwiej piramidalny)

Kryteria oceny względnej siły wiązania π nie są jednak jasne. Jedna z sugestii jest taka, że ​​atom F jest mały w porównaniu z większymi atomami Cl i Br, a samotna para elektronów w p z F jest łatwo i łatwo przekazywana i nakładana na pustą orbitę p z boru. W rezultacie darowizny pi F jest większe niż w przypadku Cl lub Br.

W alternatywnym wyjaśnieniu, niską kwasowość Lewisa dla BF 3 przypisuje się względnej słabości wiązania w adduktach F 3 B-L.

Hydroliza

Trójfluorek boru reaguje z wodą, dając kwas borowy i kwas fluoroborowy . Reakcja rozpoczyna się z utworzeniem wodnego adduktu, H 2 O − BF 3 , który następnie traci HF, który daje kwas fluoroborowy z trifluorkiem boru.

4 BF 3 + 3 H 2 O → 3 HBF 4 + B (OH) 3

Cięższe trihalogenki nie ulegają analogicznym reakcjom, prawdopodobnie ze względu na niższą stabilność tetraedrycznych jonów BCl -
4
i BBr -
4
. Ze względu na wysoką kwasowość kwasu fluoroborowego, jon fluoroboranowy można stosować do izolowania szczególnie elektrofilowych kationów, takich jak jony diazoniowe , które w innym przypadku są trudne do wyodrębnienia jako ciała stałe.

Używa

Chemia organiczna

Trifluorek boru jest przede wszystkim stosowany jako odczynnik w syntezie organicznej , zwykle jako kwas Lewisa . Przykłady zawierają:

Zastosowania niszowe

Inne, mniej powszechne zastosowania trifluorku boru obejmują:

Odkrycie

Trójfluorek boru został odkryty w 1808 r. Przez Josepha Louisa Gay-Lussaca i Louisa Jacquesa Thénarda , którzy próbowali wyodrębnić „kwas fluorowy ” (tj. Kwas fluorowodorowy ), łącząc fluorek wapnia ze zeszklonym kwasem borowym . Powstałe opary nie trawiły szkła, więc nazwali je gazem fluoroborowym .

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne