Borov trifluorid

Borov trifluorid je kemijska spojina s formulo BF3. Spojina je jedek strupen plin, ki v vlažnem zraku tvori bele pare. Je uporabna Lewisova kislina in surovina za druge borove spojine.

Borov trifluorid
Boron trifluoride in 2D
Boron trifluoride in 3D
Identifikatorji
3D model (JSmol)
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.699
EC število
  • 231-569-5
RTECS število
  • ED2275000
UN število komprimiran: 1008,
borov trifluorid dihidrat: 2851
Lastnosti
BF3
Molska masa 67,82 g/mol (brezvoden),
103,837 g/mol (dihidrat)
Videz brezbarvem plin (brezvoden),
brezbarvna tekočina (dihidrat)
Gostota 0,00276 g/cm3 (brezvoden plin),
1,64 g/cm3 (dihidrat)
Tališče −126,8 °C (−196,2 °F; 146,3 K)
Vrelišče −100,3 °C (−148,5 °F; 172,8 K)
eksotermno razpade[1] (brezvoden),
zelo topen (dihidrat)
Topnost topen v benzenu, toluenu, heksanu, kloroformu in metilen kloridu
Dipolni moment 0 D
Termokemija
Specifična toplota, C 50,46 J/mol K
Standardna molarna
entropija
So298
254,3 J/mol K
-1137 kJ/mol
-1120 kJ/mol
Nevarnosti
GHS piktogrami Press. GasAcute Tox. 2Skin Corr. 1A
Opozorilna beseda Pozor
H330, H314 [note 1]
NFPA 704 (diamant ognja)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. waterHealth code 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasReactivity code 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g. sodium, sulfuric acidNFPA 704 four-colored diamond
0
4
1
Plamenišče ni vnetljiv
Sorodne snovi
Drugi anioni borov triklorid
borov tribromid
borov trijodid
Drugi kationi aluminijev trifluorid
galijev trifluorid
indijev trifluorid
talijev trtfluorid
Sorodne snovi borov monofluorid
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za material v standardnem stanju pri 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Sklici infopolja

OdkritjeUredi

Borov trifluorid sta leta 1808 odkrila Joseph Louis Gay-Lussac in Louis Jacques Thénard, ko sta poskušala pridobiti »fluorovo kislino« (fluorovodikovo kislino) iz kalcijevega fluorida in zasteklene borove kisline. Nastale pare niso najedale stekla, zato sta jih imenovala "fluoroborov plin".[4][5]

Zgradba in veziUredi

Molekula BF3 je ima obliko ploskega trikotnika. Njena simetrija D3h je skladna s teorijo o odboju orbitale valenčnih elektronov (VSEPR). Molekula zaradi svoje visoke simetrije nima dipolnega momenta. Molekula je izoelektronska s karbonatnim anionom CO2−
3
.

BF3 se običajno obravnava kot elektronsko deficitaren, kar potrjuje njegova eksotermna reaktivnost proti Lewisovim bazam.

Dolžina vezi B-X v borovih trihalidih (BX3) je približno 1,30 Å, kar je manj kot bi pričakovali za enojno vez.[6] Krajša vez bi lahko pomenila močnejše π vezi B-X v fluoridu.[6] Poenostavljena razlaga se sklicuje na simetrijo molekule, ki dovoljuje prekrivanje p orbitale borovega atoma s kombinacijo treh podobno orientiranih p orbital atomov fluora.[6]

Sinteze in rokovanjeUredi

BF3 se proizvaja z reakcijo borovih oksidov z vodikovim fluoridom:

B2O3 + 6 HF → 2 BF3 + 3 H2O

HF se običajno proizvaja in situ iz žveplove kisline in kalcijevega fluorida (CaF2).[7] Letna proizvodnja borovega trifluorida je 2300-4500 ton.[8]

V laboratoriju se pridobiva s termičnim razpadom diazonijevih soli:[9]

PhN2BF4 → PhF + BF3 + N2

Druga možnost je sinteza iz natrijevega tetrafluoroborata, borovega trioksida in žveplove kisline:[10]

6 NaBF4 + B2O3 + 6 H2SO4 → 8 BF3 + 6 NaHSO4 + 3 H2O

Brezvoden borov trifluorid ima vrelišče −100.3 °C in kritično temperaturo −12.3 °C, zato se lahko v tekočem stanju skladišči samo med tema temperaturama. Posode za skladiščenje in transport morajo vzdržati notranji tlak, ki se zaradi okvare hladilnega sistema lahko dvigne do kritičnega tlaka 49,85 bar (4,985 MPa).[11]

Borov fluorid je jedek, zato morajo biti posode za njegovo skladiščenje izdelane iz nerjavnega jekla, monela ali hasteloja. V prisotnosti vlage korodira tudi nerjavni jeklo. S poliamidi reagira. Zadovoljivo odporni materiali so politetraflouroetilen (teflon), poliklorotrifluoroetilen, poliviniliden fluorid in polipropilen. Masti, ki se uporabljajo na opremi, morajo biti izdelane na osnovi fluoroogljikov, ker z mastmi iz ogljikovodikov reagira.[12]

ReakcijeUredi

Za razliko od aluminijevih in galijevih trihalidov so vsi borovi trihalidi monomerni in med seboj reagirajo:

BF3 + BCl3 → BF2Cl + BCl2F

Ker substitucija poteka zlahka, se mešanih halidov ne more pridobiti v čisti obliki.

Borov trifluorid je vsestranska Lewisova kislina, ki tvori adukte z Lewisovimi bazami kot so fluoridi in etri:

CsF + BF3 → CsBF4
O(C2H5)2 + BF3 → BF3O(C2H5)2

Tetrafluoroborati se pogosto uporabljajo kot nekoordinirajoči anioni. Adukta z dietil etrom (borov trifluorid dietil eterat ali samo borov trifluorid eterat (BF3•O(Et)2)) sta tekočini, s katerima je lahko rokovati, zato se pogosto uporabljata kot vir BF3 v laboratorijih. BF3 je stabilen tudi v raztopini v etru, ki ni stehiometrična. Drug pomemben adukt je adukt z dimetil sulfidom (BF3•S(Me)2), katerega se lahko obravnava kot čisto tekočino.

Primerjalna Lewisova kislostUredi

Vsi trije lažji borovi trihalidi (BF3, CCl3 in BBr3) tvorijo stabilne adukte z običajnimi Lewisovomi bazami. Njihove relativne kislosti se lahko ovrednotijo z relativnimi eksotermnostmi tvorbe njihovih aduktov. Meritve so pokazale naslednje razmerje Lewisove kislosti:

BF3 < BCl3 < BBr3,

se pravi, da je BBr3 najmočneja Lewisova kislina. Takšen trend se običajno pripisuje obsegu π vezi v planarnem borovem trihalidu, ki se pri prehodu v piramidasto obliko izgubi. Za prehod velja naslednji trend:[13]

BF3 > BCl3 > BBr3,

se pravi, da bi se BF3 najlaže prešel v piramidasto obliko, sicer pa kriteriji za ovrednotenje relativne jakosti π vezi niso jasni.[6] Ena od razlag trdi, da je fluorov atom majhen v primerjavi z večjima atomoma klora in broma, zato se osamljen elektronski par v pz orbirali fluora hitro in enostavno donira in prekrije s prazno pz orbitalo bora. π donacija fluora je večja kot donacija klora ali broma.

Alternativna razlaga nižjo Lewisovo kislost BF3 pripisuje relativni šibkosti vezi v aduktih F3B-L.[14][15]

HidrolizaUredi

Borov trifluorid reagira z vodo in tvori borovo in fluoroborovo kislino. Reakcija se začne s tvorbo vodnega adukta, H2O-BF3, iz katerega se nato odcepi HF, ki z borovim trifluoridom tvori fluoroborovo kislino:[16]

4 BF3 + 3 H2O → 3 HBF4 + B(OH)3

Težji halidi ne reagirajo enako, morda zaradi manjše stabilnosti tetraedičnih ionov BX
4
(X = Cl, Br). Zaradi visoke kislosti fluoroborove kisline se fluoroboratni ion uporablja za izoliranje izredno elektrofilnih kationov, na primer diazonijevih ionov, ki jih je sicer težko izolirati v trdnem stanju.

UporabaUredi

Borov trifluorid ima pomembno vlogo v organski kemiji, kjer običajno deluje kot Lewisova kislina. Uporablja se na primer[8][17]

  • kot iniciator polimerizacijskih reakcij nenasičenih spojin, na primer polietrov,
  • kot katalizator v nekaterih izomerizacijah, alkilacijah, esterifikacijah, kondenzacijah, aldolnih adicijah in drugih reakcijah.[17]

DrugoUredi

Uporablja se tudi

OpombeUredi

  1. Within the European Union, the following additional hazard statement (EUH014) must also be displayed on labelling: Reacts violently with water.

SkliciUredi

  1. Laboratory Chemical Safety Summary: Boron Trifluoride. Open Book. The National Academiesa Press.
  2. Predloga:CLP Regulation
  3. Predloga:PGCH-ref.
  4. J.L. Gay-Lussac, L.J. Thénard (1809). Sur l’acide fluorique. Annales de Chimie 69: 204–220.
  5. J.L. Gay-Lussac, L.J. Thénard (1809). Des propriétés de l’acide fluorique et sur-tout de son action sur le métal de la potasse. Mémoires de Physique et de Chimie de la Société d’Arcueil 2: 317–331.
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 N.N. Greenwood, A. Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements. 2. izdaja. Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
  7. Holleman, A. F.; et al. (2001). Inorganic Chemistry (1 izd.). San Diego [etc.] : Academic Press ; Berlin ; New York : De Gruyter, cop. COBISS 24318981. ISBN 0-12-352651-5.
  8. 8,0 8,1 R.J. Brotherton, C.J. Weber, C.R. Guibert, J.L. Little (2005). Boron Compounds. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi: 10.1002/14356007.a04_309.
  9. D.T. Flood (1933). Fluorobenzene. Org. Synth. 13: 46.
  10. 10,0 10,1 G. Brauer (1963). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 1. 2. Izdaja. Newyork: Academic Press. str. 220, 773. ISBN 978-0121266011.
  11. C. L. Yaws, urednik (1999). Chemical Properties Handbook. McGraw-Hill. str. 25.
  12. Boron trifluoride. Gas Encyclopedia. Air Liquide.
  13. F.A. Cotton, G. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochmann (1999). Advanced Inorganic Chemistry. 6. izdaja. New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
  14. P.M. Boorman, D. Potts (1974). Group V Chalcogenide Complexes of Boron Trihalides. Canadian Journal of Chemistry 52 (11): 2016–2020. doi: 10.1139/v74-291.
  15. T. Brinck, J.S. Murray, P. Politzer (1993). A Computational Analysis of the Bonding in Boron Trifluoride and Boron Trichloride and their Complexes with Ammonia. Inorganic Chemistry 32 (12): 2622–2625. doi: 10.1021/ic00064a008.
  16. C.A. Wamser (1951). Equilibria in the System Boron Trifluoride–Water at 25 °C. Journal of the American Chemical Society 73(1): 409–416. doi: 10.1021/ja01145a134.
  17. 17,0 17,1 17,2 Boron Trifluoride (BF3) Applications. Honeywell.