Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Трифторид бора
Трехфтористый бор в 2D
Трифторид бора в 3D
Имена
Другие имена
Фторид бора, трифторборана
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.028.699 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 231-569-5
Номер RTECS
  • ED2275000
UNII
Номер ООНсжатый: 1008 .
дигидрат трифторида бора: 2851 .
Характеристики
BF 3
Молярная масса67,82 г / моль (безводный)
103,837 г / моль (дигидрат)
Внешностьбесцветный газ (безводный)
бесцветная жидкость (дигидрат)
Плотность0,00276 г / см 3 (безводный газ)
1,64 г / см 3 (дигидрат)
Температура плавления -126,8 ° С (-196,2 ° F, 146,3 К)
Точка кипения -100,3 ° С (-148,5 ° F, 172,8 К)
экзотермическое разложение [1] (безводный)
хорошо растворим (дигидрат)
Растворимостьрастворим в бензоле , толуоле , гексане , хлороформе и метиленхлориде
Давление газа> 50 атм (20 ° C) [2]
0 Д
Термохимия
50,46 Дж / моль К
254,3 Дж / моль К
-1137 кДж / моль
-1120 кДж / моль
Опасности [4] [5]
Паспорт безопасностиICSC 0231
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHSОпасность
Формулировки опасности GHS
H280 , H330 , H314 , H335 , H373
Меры предосторожности GHS
Р260 , Р280 , Р303 + 361 + 353 , Р304 + 340 , P310 , P305 + 351 + 338 , P403 + 233
NFPA 704 (огненный алмаз)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. waterHealth code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasReactivity code 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 четырехцветный алмаз
0
3
1
точка возгоранияНегорючий
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
ЛК 50 ( средняя концентрация )
1227 частей на миллион (мышь, 2 часа)
39 частей на миллион (морская свинка, 4 часа)
418 частей на миллион (крыса, 4 часа) [3]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
C 1 ppm (3 мг / м 3 ) [2]
REL (рекомендуется)
C 1 ppm (3 мг / м 3 ) [2]
IDLH (Непосредственная опасность)
25 частей на миллион [2]
Родственные соединения
Другие анионы
трихлорид
бора трибромид
бора трийодид бора
Другие катионы
фторид алюминия фторид
галлия (III) фторид
индия (III) фторид
таллия (III)
Родственные соединения
монофторид бора
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Трифторид бора представляет собой неорганическое соединение с формулой BF 3 . Этот едкий бесцветный токсичный газ образует белые пары во влажном воздухе. Это полезная кислота Льюиса и универсальный строительный блок для других соединений бора .

Структура и связь [ править ]

Геометрия молекулы БФ 3 является тригональной плоской . Его симметрия D 3h соответствует предсказанию теории VSEPR . Молекула не имеет дипольного момента в силу своей высокой симметрии. Молекула изоэлектронна карбонат-аниону CO2-
3.

BF 3 обычно называют " электронодефицитным ", это описание подкрепляется его экзотермической реакционной способностью по отношению к основаниям Льюиса .

В тригалогенидах бора , BX 3 , длина связей B – X (1,30 Å) короче, чем можно было бы ожидать для одинарных связей [7], и эта короткость может указывать на более сильную π-связь B – X во фториде. Простое объяснение вызывает допущенное симметрией перекрытие ап-орбитали на атоме бора с синфазной комбинацией трех одинаково ориентированных p-орбиталей на атомах фтора. [7] Другие указывают на ионную природу связей в BF 3 . [8]

Синтез и обработка [ править ]

BF 3 получают реакцией оксидов бора с фтороводородом :

B 2 O 3 + 6 HF → 2 BF 3 + 3 H 2 O

Обычно HF получают на месте из серной кислоты и флюорита (CaF 2 ). [9] Ежегодно производится примерно 2300-4500 тонн трифторида бора. [10]

Лабораторные весы [ править ]

Для реакций в лабораторном масштабе BF 3 обычно производится in situ с использованием эфирата трифторида бора , который является коммерчески доступной жидкостью.

Лабораторные пути к материалам без растворителей многочисленны. Хорошо задокументированный способ включает термическое разложение диазониевых солей BF.-
4: [11]

PhN 2 BF 4 → PhF + BF 3 + N 2

В качестве альтернативы он возникает в результате реакции тетрафторбората натрия , триоксида бора и серной кислоты : [12]

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

Свойства [ править ]

Безводный трифторид бора имеет температуру кипения -100,3 ° C и критическую температуру -12,3 ° C, поэтому его можно хранить в виде охлажденной жидкости только между этими температурами. Емкости для хранения или транспортировки должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать внутреннее давление, поскольку отказ системы охлаждения может вызвать повышение давления до критического значения 49,85 бар (4,985 МПа). [13]

Трифторид бора вызывает коррозию. Металлы, подходящие для оборудования, работающего с трифторидом бора, включают нержавеющую сталь , монель и хастеллой . В присутствии влаги вызывает коррозию стали, в том числе нержавеющей стали. Он вступает в реакцию с полиамидами , политетрафторэтиленом , полихлортрифторэтиленом , поливинилиденфторидом и полипропиленом, проявляет удовлетворительную стойкость. Смазка используется в оборудовании , должны быть фторуглеродный на основе, как трифторид бора вступает в реакцию с углеводородной основе из них. [14]

Реакции [ править ]

В отличие от тригалогенидов алюминия и галлия, все тригалогениды бора являются мономерными. Они претерпевают быстрые реакции обмена галогенидов:

BF 3 + BCl 3 → BF 2 Cl + BCl 2 F

Из-за легкости этого процесса обмена смешанные галогениды не могут быть получены в чистом виде.

Трифторид бора - это универсальная кислота Льюиса, которая образует аддукты с такими основаниями Льюиса, как фторид и простые эфиры :

CsF + BF 3 → CsBF 4
O (C 2 H 5 ) 2 + BF 3 → BF 3 · O (C 2 H 5 ) 2

Соли тетрафторбората обычно используются в качестве некоординирующих анионов . Аддукт с диэтиловым эфиром , диэтилэфиратом трифторида бора или просто эфиратом трифторида бора (BF 3 · O (Et) 2 ) представляет собой жидкость, с которой удобно обращаться, и, следовательно, широко используется в качестве лабораторного источника BF 3 . [15] Другим распространенным аддуктом является аддукт с диметилсульфидом (BF 3 · S (Me) 2 ), с которым можно обращаться как с чистой жидкостью. [16]

Сравнительная кислотность Льюиса [ править ]

Все три более легких тригалогенида бора, BX 3 (X = F, Cl, Br), образуют стабильные аддукты с общими основаниями Льюиса. Их относительные кислотности по Льюису можно оценить с точки зрения относительной экзотермичности реакции образования аддукта. Такие измерения выявили следующую последовательность кислотности Льюиса:

BF 3 <BCl 3 <BBr 3 (сильнейшая кислота Льюиса)

Эта тенденция обычно объясняется степенью π-связи в планарном тригалогениде бора, которая будет потеряна при пирамидализации молекулы BX 3 . [17], который следует этой тенденции:

BF 3 > BCl 3 > BBr 3 (наиболее легко пирамидализированный)

Однако критерии оценки относительной прочности π-связи не ясны. [7] Одно из предположений состоит в том, что атом F мал по сравнению с более крупными атомами Cl и Br, и неподеленный электрон пары в p z F легко и легко передается и перекрывается на пустую p z -орбиталь бора. В результате пи-донорство F больше, чем у Cl или Br.

В альтернативном объяснении низкая кислотность Льюиса для BF 3 объясняется относительной слабостью связи в аддуктах F 3 B-L. [18] [19]

Гидролиз [ править ]

Трифторид бора реагирует с водой с образованием борной кислоты и фторборной кислоты . Реакция начинается с образования аддукта аква, H 2 O-BF 3 , который затем теряет HF, который дает фторборную кислоту с трифторидом бора. [20]

4 BF 3 + 3 H 2 O → 3 HBF 4 + B (OH) 3

Более тяжелые тригалогениды не вступают в аналогичные реакции, возможно, из-за более низкой стабильности тетраэдрических ионов BCl-
4и BBr-
4. Из-за высокой кислотности фторборной кислоты ион фторбората можно использовать для выделения особенно электрофильных катионов, таких как ионы диазония , которые иначе трудно выделить в виде твердых веществ.

Использует [ редактировать ]

Органическая химия [ править ]

Трифторид бора чаще всего используется в качестве реагента в органическом синтезе , обычно в виде кислоты Льюиса . [10] [21] Примеры включают:

  • инициирует реакции полимеризации ненасыщенных соединений , таких как полиэфиры
  • в качестве катализатора в некоторых реакциях изомеризации , ацилирования , [22] алкилирования , этерификации , дегидратации , [23] конденсации , присоединения альдола Мукаямы и других реакциях [24] [ необходима цитата ]

Ниша использует [ править ]

Другие, менее распространенные применения трифторида бора включают:

  • применяется как легирующая добавка при ионной имплантации
  • легирующая добавка p-типа для эпитаксиально выращенного кремния
  • используется в чувствительных детекторах нейтронов в ионизационных камерах и устройствах для контроля уровня радиации в атмосфере Земли.
  • в фумигации
  • как флюс для пайки магния
  • для приготовления диборана [12]

Открытие [ править ]

Трифторид бора был открыт в 1808 году Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром , которые пытались выделить « плавиковую кислоту » (т.е. плавиковую кислоту ) путем соединения фторида кальция с застеклованной борной кислотой . Образовавшиеся пары не смогли протравить стекло, поэтому они назвали его фтористоводородным газом . [25] [26]

См. Также [ править ]

  • Список высокотоксичных газов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Разумные методы работы в лаборатории . nap.edu . 16 августа 1995 г. doi : 10.17226 / 4911 . ISBN 978-0-309-05229-0. Архивировано 14 декабря 2014 года . Проверено 7 мая 2018 .
  2. ^ a b c d Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0062» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  3. ^ "Трифторид бора" . Немедленно опасные для жизни или здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Номер индекса. 005-001-00-X Приложения VI, Часть 3, Регламента (ЕС) № 1272/2008 Европейского парламента и Совета от 16 декабря 2008 г. о классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей, изменяющих и отменяющих Директивы 67/548 / EEC и 1999/45 / EC, а также поправки к Регламенту (EC) № 1907/2006 . OJEU L353, 31.12.2008, стр. 1–1355, стр. 341.
  5. ^ "Трифторид бора", Карманный справочник по химическим опасностям , Публикация Министерства здравоохранения и социальных служб США (NIOSH) № 2005-149, Вашингтон, округ Колумбия: Правительственная типография, 2005, ISBN 9780160727511.
  6. ^ Inc, Новая среда. "New Environment Inc. - NFPA Chemicals" . www.newenv.com . Архивировано 27 августа 2016 года . Проверено 7 мая 2018 .
  7. ^ a b c Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ Гиллеспи, Рональд Дж. (1998). «Ковалентные и ионные молекулы: почему BeF 2 и AlF 3 являются твердыми веществами с высокой температурой плавления, тогда как BF 3 и SiF 4 являются газами?». Журнал химического образования . 75 (7): 923. Bibcode : 1998JChEd..75..923G . DOI : 10.1021 / ed075p923 .
  9. ^ Holleman, AF; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия . Сан-Диего: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
  10. ^ a b Brotherton, RJ; Вебер, CJ; Guibert, CR; Литтл, Ж.Л. "Соединения бора". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a04_309 .
  11. Перейти ↑ Flood, DT (1933). «Фторбензол» . Органический синтез . 13 : 46.; Сборник , 2 , стр. 295
  12. ^ a b Брауэр, Георг (1963). Справочник по препаративной неорганической химии . 1 (2-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press. п. 220 и 773. ISBN 978-0121266011.
  13. ^ Yaws, CL, изд. (1999). Справочник по химическим свойствам . Макгроу-Хилл. п. 25.
  14. ^ "Трифторид бора" . Газовая энциклопедия . Air Liquide . 2016-12-15. Архивировано 6 декабря 2006 года.
  15. ^ Корнел, Вероника; Прекрасный, Карл Дж. (2007). «Этерат трехфтористого бора». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . DOI : 10.1002 / 9780470842898.rb249.pub2 . ISBN 978-0471936237.
  16. ^ Хини, Гарри (2001). «Трифторид бора-диметилсульфид». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . DOI : 10.1002 / 047084289X.rb247 . ISBN 0471936235.
  17. ^ Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри ; Мурильо, Карлос А .; Бохманн, Манфред (1999), Advanced Inorganic Chemistry (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
  18. ^ Бурман, PM; Поттс, Д. (1974). «Халькогенидные комплексы тригалогенидов бора V группы». Канадский химический журнал . 52 (11): 2016–2020. DOI : 10.1139 / v74-291 .
  19. ^ Бринк, Т .; Мюррей, JS; Политцер, П. (1993). «Вычислительный анализ связи в трифториде бора и трихлориде бора и их комплексах с аммиаком». Неорганическая химия . 32 (12): 2622–2625. DOI : 10.1021 / ic00064a008 .
  20. ^ Wamser, CA (1951). «Равновесия в системе трифторид бора – вода при 25 °». Журнал Американского химического общества . 73 (1): 409–416. DOI : 10.1021 / ja01145a134 .
  21. ^ Хини, Х. (2001). «Трехфтористый бор». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . DOI : 10.1002 / 047084289X.rb250 . ISBN 0-471-93623-5.
  22. ^ Мани, Рама I .; Эрберт, Ларри Х .; Манис, Дэниел (1991). "Трифторид бора в синтезе растительных фенолов: синтез фенольных кетонов и фенилстрилкетонов" (PDF) . Журнал Академии наук Теннесси . 66 (1): 1–8. Архивировано из оригинального (PDF) 27 октября 2016 года . Проверено 27 октября 2016 года .
  23. ^ Sowa, FJ; Hennion, GF; Ньюланд, Дж. А. (1935). «Органические реакции с фторидом бора. IX. Алкилирование фенола спиртами». Журнал Американского химического общества . 57 (4): 709–711. DOI : 10.1021 / ja01307a034 .
  24. ^ " Применение трифторида бора (BF 3 )" . Honeywell . Архивировано из оригинала на 2012-01-29.
  25. ^ Гей-Люссак, JL; Тенар, LJ (1809). «Sur l'acide fluorique». Annales de Chimie . 69 : 204–220.
  26. ^ Гей-Люссак, JL; Тенар, LJ (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.

Внешние ссылки [ править ]

  • «Темы безопасности и здоровья: трехфтористый бор» . OSHA.
  • "ТРИФТОРИД БОРА ICSC: 0231" . Международные карты химической безопасности . CDC. Архивировано из оригинала на 2017-11-23 . Проверено 8 сентября 2017 .
  • «Бор и соединения: обзор» . Национальный кадастр загрязнителей . Правительство Австралии.
  • «Фторидные соединения: обзор» . Национальный кадастр загрязнителей . Правительство Австралии.
  • «Трифторид бора» . Интернет-книга . NIST.
  • « Применение трифторида бора (BF 3 )» . Honeywell. Архивировано из оригинала на 2012-01-29 . Проверено 14 февраля 2012 .