Моноксид бора монофторид
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Фтор(оксо)боран | |
| Другие имена монооксид бора монофторид | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Б Ф О | |
| Молярная масса | 45.81 g·mol −1 |
| Появление | Газ |
| Термохимия | |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | 48,0 ± 3,0 ккал/моль [1] |
| Родственные соединения | |
Родственные оксигалогениды | оксихлорид бора |
Родственные соединения | монофторид бора окись бора |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Моноксид монофторида бора или оксоборилфторид [2] или фтороксоборан — нестабильное неорганическое молекулярное вещество с формулой FBO. Его также называют оксидом фторида бора , фтор(оксо)бораном или фтороксобораном . Молекула стабильна при высоких температурах, но при температуре ниже 1000 °C конденсируется в тример (BOF) 3, называемый трифторбороксином . FBO может быть выделен в виде трехатомной неметаллической молекулы в матрице инертного газа и конденсирован в твердом неоне и аргоне. [3] При попытке конденсировать газ до твердого состояния в массе образуется полимерное стекло, в котором мало фтора, а при нагревании образуется стеклообразная пена, подобная попкорну. [4] [5] Оксид фторида бора изучался в связи с его получением в ракетных топливах высоких энергий, содержащих бор и фтор, а также в форме оксифторидного стекла. Конвертерное стекло необычно тем, что оно может конденсироваться непосредственно из газа. [6]
Характеристики
[ редактировать ]Мономер
[ редактировать ]Молекула FBO является линейной со структурой FB=O. Длина связи FB составляет 1,283 Å, а связи BO — 1,207 Å. [7]
Инфракрасный спектр BFO имеет колебательные полосы 1900, 1050 и 500 см. −1 . [8] Спектроскопические константы 10 Молекула BFO имеют B=9349,2711 МГц D=3,5335 кГц, а для 11 Молекула BFO они B=9347,3843 МГц D=3,5273 кГц [9] Мономер стабилен как при низких давлениях, так и при температурах выше 1000 °C. Ниже этой температуры мономеры связываются с образованием тримера. [10] называется трифторбороксол. [11]
Теплота образования Δ f H ⦵
298 К Прогнозируется, что составит -146,1 ккал/моль. Сродство к протону 149,6 ккал/моль. [12]
Тример
[ редактировать ]Если горячий газ BFO медленно охлаждается, он снова превращается в B 2 O 3 и BF 3 . [13] При комнатной температуре эта дисмутация завершается за час. [13]
Оксид фторида бора образует тример с кольцом, состоящим из чередующихся атомов кислорода и бора, с фтором, связанным с бором. (БФО) 3 . Кольцевая структура относит его к классу бороксолов . [14] Его еще называют трифторбороксином. Тример является преобладающей формой в газе при температуре 1000 К. [13] При нагревании до 1200К он преимущественно превращается в мономер BFO. [13] Оксифторид бора может конденсироваться из пара в стекло с дефицитом фтора при температуре ниже 190° при очень быстром охлаждении. При нагревании этот осадок имеет температуру, при которой он теряет больше BF 3 с образованием пенистого или пористого стекла, напоминающего попкорн. Стекло, осажденное при более низких температурах, имеет более высокую долю фтора. Прогнозируется, что отложения при -40 ° C будут иметь соотношение фтора и кислорода 1: 1. [5] Ниже -135° (BFO) 3 стабильно. [15]
Теплота образования тримера из мономера (БФО) 3 → 3БФО составляет 131 ккал/моль. [16]
Стекло
[ редактировать ]Стекло из оксифторида бора прозрачное и бесцветное. Он устойчив в сухом воздухе, но гигроскопичен и на обычном воздухе становится белым и непрозрачным. При нагревании стекло достигает температуры стеклования (T g ), при которой оно перестает быть стеклом и выделяет газ BF 3 , а после него остается оксифторид бора с меньшим содержанием фтора. Эта температура стеклования определяется тем, что давление полученного BF 3 превышает прочность стекла. Гипотетическая структура BOF-стекла представляет собой длинные цепочки BOBO, к каждому бору которых прикреплен фтор. Их можно рассматривать как треугольники BO 2 F, связанные в цепочку атомами О. Эти цепи переплетаются, как спагетти в стакане. Когда в веществе становится дефицит фтора, между цепями образуются поперечные связи с кислородом, и его структура становится более двумерной. [17] БФ 3 производится при выводах двух линейных Цепи −(BF)O− соединяются друг с другом. [6] Эти концы содержат -O-BF 2 , и когда два конца встречаются, BF 3 может быть удален и цепь удлинена кислородом. [18]
возникновение
[ редактировать ]Ожидается, что BFO сформируется в сверхновых II с выходом газа при температуре от 1000 до 2000 ° C и давлении около 10 °C. −7 бар. [19]
Подготовка
[ редактировать ]Отто Рафф заметил, что смесь BF 3 и SiF 4 , проходя над расплавленным B 2 O 3, давала некоторое количество SiO 2 и перераспределяла B 2 O 3 в холодные части реакционной трубы. Он предположил, что должен существовать какой-то термостабильный промежуточный продукт, который при охлаждении превращается обратно в исходные компоненты. [20] [21] Несколько лет спустя Пауль Баумгартен и Вернер Брунс получили тример оксифторида бора, пропуская BF 3 над твердым B 2 O 3 при 450 °C. [20] [22]
BFO является промежуточным продуктом гидролиза BF 3 наряду с BF(OH) 2 , BF 2 OH и борной кислотой.
- БФ 3 + Н 2 О → БФО + 2HF;
- БФ 2 ОН → БФО + HF;
- ) 2 → БФО + Н2О БФ( ОН [23]
Другой способ получения BFO – это выпаривание B 2 O 3 с помощью BF 3 . [5]
При нагревании ДП 3 воздухом температура газа БФО преобладает от 2800° до 4000°С, максимум при 3200°С. Выше 4000 °C преобладает BO . [8]
Горячий BF 3, прошедший через некоторые оксиды, например SiO 2, образует BFO. [24] Другими оксидами, которые могут давать оксифторид бора, являются оксид магния , диоксид титана , карбонаты или оксид алюминия . [25]
В плазменной фазе HF реагирует с BO 2 H. +
2 , Б 2 ОН + , B3O +
4 , Б 2 О +
4 , Б 2 О +
2 , Б 2 ОН + производить FBO и другие продукты, включая FBOH и FBO + . [26]
Связанный
[ редактировать ]Молекула BOF теоретически существует, но она высвобождает энергию, когда перегруппировывается в FBO. [27] [28] Родственная молекула – BOF 2 . [29] Молекулы, родственные тримеру, включают B 3 O 3 ClF 2 , B 3 O 3 Cl 2 F и (BOCl) 3 . [30]
Прогнозируется, что FBO сможет вставлять атомы благородного газа между атомами фтора и бора, образуя FArBO, FKrBO и FXeBO. Предполагается, что молекулы будут линейными. [31]
Использование
[ редактировать ]Оксифторид бора можно использовать при борировании стали. Использование газа позволяет избежать налипания твердых частиц на сталь. Кроме того, этот метод позволяет контролировать концентрацию бора и в основном образует Fe 2 B вместо более хрупкого FeB. [25] При горении бора выделяется много энергии, поэтому исследуются его возможности использования во взрывчатых веществах или топливе. Чтобы максимизировать выход энергии, в реакции используются как фтор, так и кислород, в результате чего образуются FBO и родственные молекулы, которые могут находиться в выхлопных газах. [26]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ларсон, Дж.В.; МакМахон, ТБ (1987). «Монооксид бора монооксид» . 26 (24). НИСТ: 4018. doi : 10.1021/ic00271a011 . Проверено 20 мая 2015 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Кучицу, Кодзо (9 марта 2013 г.). Структура свободных многоатомных молекул: основные данные . Springer Science & Business Media. п. 28. ISBN 9783642457487 .
- ^ Джакокс, Мэрилин Э. (декабрь 1994 г.). «Колебательные уровни энергии малых переходных молекул, изолированных в матрицах неона и аргона» . Химическая физика . 189 (2): 149–170. Бибкод : 1994CP....189..149J . дои : 10.1016/0301-0104(94)00143-X .
- ^ Буссар-Пледель, Катрин; Ле Флох, Мари; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак (июль 1997 г.). «Парофазное осаждение пенящихся стекловидных материалов из оксифторида бора». Бюллетень исследования материалов . 32 (7): 805–811. дои : 10.1016/S0025-5408(97)00050-0 .
- ^ Jump up to: а б с Буссар-Пледель, Катрин; Ле Флох, Мари; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак; Синдбандхит, Сурисак; Шао, Дж.; Энджелл, Калифорния; Эмери, Жоэл; Бузаре, JY (февраль 1997 г.). «Структура стекла из оксифторида бора, неорганического полимера с поперечно-сшитыми цепями». Журнал некристаллических твердых тел . 209 (3): 247–256. Бибкод : 1997JNCS..209..247B . дои : 10.1016/S0022-3093(96)00548-0 .
- ^ Jump up to: а б Полищук С.А.; Игнатьева Л.Н.; Марченко, Ю. В.; Бузник, В.М. (5 марта 2011 г.). «Оксифторидные стекла (обзор)». Физика и химия стекла . 37 (1): 1–20 (14). дои : 10.1134/S108765961101010X . S2CID 97609959 .
- ^ Кавасима, Ёсиюки; Кавагути, Кентаро; Эндо, Ясуки; Хирота, Эйзи (1987). «Инфракрасный диодный лазер, микроволновые спектры и молекулярная структура нестабильной молекулы, FBO». Журнал химической физики . 87 (4): 2006. Бибкод : 1987ЖЧФ..87.2006К . дои : 10.1063/1.453175 .
- ^ Jump up to: а б Йодер, М. Джон (декабрь 1974 г.). «Высокотемпературные дуговые исследования инфракрасного излучения оксидов бора и вольфрама». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 14 (12): 1317–1328. Бибкод : 1974JQSRT..14.1317Y . дои : 10.1016/0022-4073(74)90100-9 .
- ^ Гейтхаус, Бетани; Мюллер, Хольгер С.П.; Джерри, Майкл CL (июль 1998 г.). «Сверхтонкие константы и ядерная защита из микроволновых спектров FBO, ClBO и FBS». Журнал молекулярной спектроскопии . 190 (1): 157–167. Бибкод : 1998JMoSp.190..157G . дои : 10.1006/jmsp.1998.7565 . ПМИД 9645936 .
- ^ Фарбер, М.; Блауэр, Дж. (1962). «Теплота образования и энтропия конвертера». Труды Фарадеевского общества . 58 : 2090. дои : 10.1039/TF9625802090 .
- ^ Тевено, Франсуа Х.Дж.; Гурио, Патрис М.В.; Драйвер, Джулиан Х.; Лебрен, Жан-Поль Р. (1982). «Аппарат для борирования деталей из металла или металлокерамики и деталей с полированной поверхностью» .
- ^ Нгуен, Минь Тхо; Ванкуикенборн, LG; Сана, Мишель; Лерой, Жорж (май 1993 г.). «Теплота образования и сродство к протону некоторых оксоборов (RB≡O) и сульфидоборов (RB≡S) с R = водород, фтор, хлор и метильная группа». Журнал физической химии . 97 (20): 5224–5227. дои : 10.1021/j100122a010 .
- ^ Jump up to: а б с д Сигел, Б. (декабрь 1968 г.). «Оксигалогениды элементов III-B». Обзоры Inorganica Chimica Acta . 2 : 137–146. дои : 10.1016/0073-8085(68)80019-1 .
- ^ Губо, Ж.; Келлер, Х. (декабрь 1952 г.). «О внешнем виде, физических и химических свойствах соединений бороксола». Журнал неорганической и общей химии (на немецком языке). 267 (1–3): 1–26. дои : 10.1002/zaac.19522670102 .
- ^ Фишер, HD; Киль, Дж.; Кейн, А. (июнь 1961 г.). «Инфракрасные спектры и термодинамические свойства трифторбороксина (FBO) 3. Итоговый отчет HTC-61-90» . Калвер-Сити, Калифорния: Авиационное подразделение компании Hughs Tool. Архивировано из оригинала 27 декабря 2016 года . Проверено 27 ноября 2016 г.
- ^ Хильденбранд, Дональд Л.; Тирд, Лоуэлл П.; Саул, Альберт М. (1963). «Транспирация и масс-спектрометрические исследования равновесий с участием BOF (g) и (BOF) 3 (g)». Журнал химической физики . 39 (8): 1973. Бибкод : 1963JChPh..39.1973H . дои : 10.1063/1.1734569 .
- ^ Буссар-Пледель, Катрин; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак (июль 1995 г.). «Борные стекла в БОФ-системе: новые полимерные стекла типа спагетти». Журнал некристаллических твердых тел . 188 (1–2): 147–152. дои : 10.1016/0022-3093(95)00183-2 .
- ^ Лукас, Жак (май 1995 г.). «Нетрадиционные стаканы типа спагетти». Журнал некристаллических твердых тел . 184 : 21–24. Бибкод : 1995JNCS..184...21L . дои : 10.1016/0022-3093(95)00087-9 .
- ^ Хоппе, П.; Лоддерс, К .; Штребель, Р.; Амари, С.; Льюис, Р.С. (10 апреля 2001 г.). «Бор в досолнечных зернах карбида кремния из сверхновых» . Астрофизический журнал . 551 (1): 478–485. Бибкод : 2001ApJ...551..478H . дои : 10.1086/320075 .
- ^ Jump up to: а б Баумгартен, Пол; Брунс, Вернер (6 сентября 1939 г.). «О реакции фторида бора с триоксидом бора, боратами, карбонатами и нитратами и о знании предполагаемого оксифторида бора (BOF) 3 ». Отчеты Немецкого химического общества (серии A и B) (на немецком языке). 72 (9): 1753–1762. дои : 10.1002/cber.19390720921 .
- ^ Рафф, Отто; Брейда, А.; Бретшнайдер, О.; Мензель, В.; Плаут, Х. (18 мая 1932 г.). «Представление, давление пара и плотность BF 3 , AsF 5 и BrF 3 ». Журнал неорганической и общей химии (на немецком языке). 206 (1): 59–64. дои : 10.1002/zaac.19322060108 .
- ^ Баумгартен, Пол; Брунс, Вернер (9 июля 1941 г.). «О реакции фторида бора с оксидом алюминия, диоксидом кремния, диоксидом титана и силикатами и возможном использовании этих реакций для разложения алюминийсодержащих силикатов с целью получения исходных материалов, которые можно использовать для производства алюминия». Отчеты Немецкого химического общества (серии A и B) (на немецком языке). 74 (7): 1232–1236. дои : 10.1002/cber.19410740717 .
- ^ Чжан, Лэй; Чжан, Вэйцзян; Сюй, Цзяо, Синь (7 декабря 2014 г.); 10 Борная кислота ядерного класса». Труды Тяньцзиньского университета . 20 (6): 458–462. doi : 10.1007/s12209-014-2303-x . S2CID 91517483 .
- ^ Гурио, Патрис; Тевено, Франсуа; Драйвер, Джулиан Х.; Маньен, Тьерри (апрель 1983 г.). «Методы исследования хрупких слоев, полученных борирующей обработкой поверхности (Борудиф)». Носить . 86 (1): 1–10. дои : 10.1016/0043-1648(83)90083-2 .
- ^ Jump up to: а б Гурио, П.; Тевено, Ф.; Драйвер, Дж. Х. (март 1981 г.). «Поверхностная обработка сталей: Борудиф, новый процесс борирования». Тонкие твердые пленки . 78 (1): 67–76. Бибкод : 1981TSF....78...67G . дои : 10.1016/0040-6090(81)90418-1 .
- ^ Jump up to: а б Смоланофф, Джейсон; Лапицкий, Адом; Андерсон, Скотт Л.; Сова-Ресат, Марианна (26 декабря 1994 г.). «Кластерное лучевое исследование химии оксида бора с HF» . Проверено 1 декабря 2016 г. [ мертвая ссылка ]
- ^ Итак, Сук Пинг (май 1985 г.). «Геометрии и устойчивости XBO и BOX, (XF, Cl)». Журнал молекулярной структуры: THEOCHEM . 122 (3–4): 311–316. дои : 10.1016/0166-1280(85)80091-9 .
- ^ Сото, Марибель Р. (апрель 1995 г.). «Определение константы скорости для каналов HBO + F на основе расчетов пути реакции ab initio». Журнал физической химии . 99 (17): 6540–6547. дои : 10.1021/j100017a039 .
- ^ Мэтьюз, К. Велдон (январь 1966 г.). «Спектр излучения молекулы BOF 2 при длине волны 4465 Å ». Журнал молекулярной спектроскопии . 19 (1–4): 203–223. Бибкод : 1966JMoSp..19..203M . дои : 10.1016/0022-2852(66)90242-6 .
- ^ Латимер, Б.; Девлин, JP (январь 1967 г.). «Колебательные спектры фтор- и хлорпроизводных бороксина-II». Spectrochimica Acta Часть A: Молекулярная спектроскопия . 23 (1): 81–88. Бибкод : 1967AcSpA..23...81L . дои : 10.1016/0584-8539(67)80210-1 .
- ^ Линь, Цун-И; Сюй, Дженг-Бин; Ху, Вэй-Пин (февраль 2005 г.). «Теоретическое предсказание новых молекул благородного газа OBNgF (Ng = Ar, Kr и Xe)». Письма по химической физике . 402 (4–6): 514–518. Бибкод : 2005CPL...402..514L . дои : 10.1016/j.cplett.2004.12.090 .