Трифторид бора
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Название ИЮПАК Трифторид бора | |||
| Систематическое название ИЮПАК Трифторборан | |||
| Другие имена Фторид бора, Трифторборан | |||
| Идентификаторы | |||
| |||
3D model ( JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ХимическийПаук | |||
| Информационная карта ECHA | 100.028.699 | ||
| Номер ЕС |
| ||
ПабХим CID | |||
| номер РТЭКС |
| ||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
| Число | сжато: 1008 . трифторида бора дигидрат: 2851 . | ||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| Характеристики | |||
| BFБФ3 | |||
| Молярная масса | 67,82 г/моль (безводный) 103,837 г/моль (дигидрат) | ||
| Появление | бесцветный газ (безводный) бесцветная жидкость (дигидрат) | ||
| Запах | острый | ||
| Плотность | 0,00276 г/см 3 (безводный газ) 1,64 г/см 3 (дигидрат) | ||
| Температура плавления | -126,8 ° C (-196,2 ° F; 146,3 К) | ||
| Точка кипения | -100,3 ° C (-148,5 ° F; 172,8 К) | ||
| экзотермическое разложение [1] (безводный) очень растворимый (дигидрат) | |||
| Растворимость | растворим в бензоле , толуоле , гексане , хлороформе и метиленхлориде. | ||
| Давление пара | >50 атм (20 °C) [2] | ||
| 0 Д | |||
| Термохимия | |||
Теплоемкость ( С ) | 50,46 Дж/(моль·К) | ||
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 254,3 Дж/(моль·К) | ||
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −1137 кДж/моль | ||
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | −1120 кДж/моль | ||
| Опасности [4] [5] | |||
| СГС Маркировка : | |||
    | |||
| Опасность | |||
| Х280 , Х314 , Х330 , Х335 , Х373 | |||
| P260 , P280 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P403+P233 | |||
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |||
| точка возгорания | негорючий | ||
| Летальная 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): | |||
МЕХ (Допускается) | C 1 ppm (3 мг/м 3 ) [2] | ||
РЕЛ (рекомендуется) | C 1 ppm (3 мг/м 3 ) [2] | ||
IDLH (Непосредственная опасность) | 25 частей на миллион [2] | ||
| Паспорт безопасности (SDS) | КМГС | ||
| Родственные соединения | |||
Другие анионы | |||
Другие катионы | |||
Родственные соединения | монофторид бора | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
бора — неорганическое соединение формулы Трифторид БФ 3 . Этот резкий, бесцветный и токсичный газ образует во влажном воздухе белые пары. Это полезная кислота Льюиса и универсальный строительный блок для других бора соединений .
Структура и связь [ править ]
Геометрия молекулы BF 3 — тригонально-планарный . Его D3h симметрия соответствует предсказанию теории VSEPR . Молекула не имеет дипольного момента в силу своей высокой симметрии. Молекула изоэлектронна карбонат-аниону, СО 2- 3 .
BF 3 обычно называют « электроннодефицитным », это описание подкрепляется его экзотермической реактивностью по отношению к основаниям Льюиса .
В бора тригалогенидах 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 предполагает допустимое симметрией перекрытие ар-орбитали атома бора с синфазной комбинацией трех одинаково ориентированных р-орбиталей атомов фтора. [7] Другие указывают на ионную природу связей в БФ3 . [8]
и обработка Синтез
BF 3 получают реакцией оксидов бора с фтористым водородом :
- Б 2 О 3 + 6 HF → 2 BF 3 + 3 H 2 O
Обычно HF получают на месте из серной кислоты и флюорита ( КаФ 2 ). [9] Ежегодно производится около 2300-4500 тонн трифторида бора. [10]
Лабораторные весы [ править ]
Для реакций лабораторного масштаба BF 3 обычно производят на месте с использованием эфирата трифторида бора , который представляет собой коммерчески доступную жидкость.
Лабораторные пути получения материалов, не содержащих растворителей, многочисленны. Хорошо документированный путь включает термическое разложение диазония солей [БФ 4 ] − : [11]
Альтернативно он возникает в результате реакции тетрафторбората натрия , триоксида бора и серной кислоты : [12]
- 6 Na[BF 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 так, чтобы выдерживать внутреннее давление, поскольку отказ системы охлаждения может привести к повышению давления до критического давления 49,85 бар (4,985 МПа). [13]
Трифторид бора коррозионно-активен. Подходящие металлы для оборудования, работающего с трифторидом бора, включают нержавеющую сталь , монель и хастеллой . В присутствии влаги разъедает сталь, в том числе нержавеющую. Реагирует с полиамидами . Политетрафторэтилен , полихлортрифторэтилен , поливинилиденфторид и полипропилен обладают удовлетворительной стойкостью. Смазка , используемая в оборудовании, должна быть на основе фторуглеродов , так как трифторид бора вступает в реакцию со смазками на углеводородной основе. [14]
Реакция [ править ]
В отличие от тригалогенидов алюминия и галлия, тригалогениды бора являются мономерными . Они подвергаются быстрым реакциям галогенидного обмена:
- 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 представляет собой универсальную кислоту Льюиса , которая образует аддукты с такими основаниями Льюиса, как фторид и простые эфиры :
- CsF + BF 3 → Cs[BF 4 ]
- O(CH 2 CH 3 ) 2 + BF 3 → BF 3 ·O(CH 2 CH 3 ) 2
Соли тетрафторбората обычно используются в качестве некоординирующих анионов . Аддукт с диэтиловым эфиром , диэтилэфиратом трифторида бора или просто эфиратом трифторида бора , ( BF 3 ·O(CH 2 CH 3 ) 2 ) представляет собой жидкость, с которой удобно обращаться , и поэтому широко используется в качестве лабораторного источника БФ3 . [15] Другим распространенным аддуктом является аддукт с диметилсульфидом ( BF 3 ·S(CH 3 ) 2 ), с которым можно обращаться как с чистой жидкостью. [16]
кислотность Сравнительная по Льюису
Все три более легких тригалогенида бора, BX 3 (X = F, Cl, Br) образуют стабильные аддукты с общими основаниями Льюиса. Их относительную кислотность по Льюису можно оценить с точки зрения относительной экзотермичности реакции образования аддукта. Такие измерения выявили следующую последовательность кислотности Льюиса:
- БФ 3 < BCl 3 < ББр 3 < БИ 3 (самая сильная кислота Льюиса)
Эту тенденцию обычно объясняют степенью π-связей которая теряется при пирамидализации в плоском тригалогениде бора , ВХ 3 . Молекула [17] что соответствует этой тенденции:
- БФ 3 > БКл 3 > ББр 3 < BI 3 (наиболее легко пирамидализируемый)
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. Как следствие, длина связи между бором и галогеном увеличивается при переходе от фтора к йоду, поэтому пространственное перекрытие между орбиталями становится более трудным. Неподеленная пара электронов в p z из F легко и легко передается и перекрывается с пустой p z орбиталью бора. В результате донорство пи у F больше, чем у Cl или Br.
В альтернативном объяснении низкая кислотность Льюиса для BF 3 объясняется относительной слабостью связи в аддуктах. Ф 3 Б-Л . [18] [19]
Еще одно объяснение можно найти в том факте, что орбитали p z в каждом более высоком периоде имеют дополнительную узловую плоскость и противоположные знаки волновой функции на каждой стороне этой плоскости. Это приводит к образованию связывающих и разрыхляющих областей внутри одной связи, уменьшая эффективное перекрытие и, таким образом, снижая π-донорную блокировку кислотности. [20]
Гидролиз [ править ]
Трифторид бора реагирует с водой с образованием борной кислоты и фторборной кислоты . Реакция начинается с образования аква-аддукта. H 2 O−BF 3 , который затем теряет HF, что дает фторборную кислоту с трифторидом бора. [21]
- 4 БФ 3 + 3 Н 2 О → 3 Н[БФ 4 ] + В(ОН) 3
Более тяжелые тригалогениды не вступают в аналогичные реакции, возможно, из-за меньшей стабильности тетраэдрических ионов. [BCl 4 ] − и [ББр 4 ] − . Из-за высокой кислотности фторборной кислоты фторборат-ион можно использовать для выделения особенно электрофильных катионов, таких как ионы диазония , которые иначе трудно изолировать в твердом виде.
Использует [ править ]
Органическая химия [ править ]
Трифторид бора наиболее широко используется в качестве реагента в органическом синтезе , обычно в виде кислоты Льюиса . [10] [22] Примеры включают в себя:
- инициирует полимеризации реакции ненасыщенных соединений , таких как полиэфиры
- в качестве катализатора при некоторой изомеризации , ацилировании , [23] алкилирование , этерификация , дегидратация , [24] конденсация , альдольное присоединение Мукаямы и другие реакции. [25] [ нужна ссылка ]
Ниша использует [ править ]
Другие, менее распространенные применения трифторида бора включают:
- применяется в качестве легирующей добавки 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
- в качестве флюса для пайки магния
- приготовить диборан [12]
Открытие [ править ]
Трифторид бора был открыт в 1808 году Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром , которые пытались выделить «фтористую кислоту» (т. е. плавиковую кислоту ) путем объединения фторида кальция с остеклованной борной кислотой . Образующиеся пары не смогли протравить стекло, поэтому его назвали фторборным газом . [26] [27]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Разумная практика в лаборатории . 16 августа 1995 г. doi : 10.17226/4911 . ISBN 978-0-309-05229-0 . Архивировано из оригинала 14 декабря 2014 года . Проверено 7 мая 2018 г.
{{cite book}}:|website=игнорируется ( помогите ) - ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0062» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ «Трифторид бора» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Индексный номер. 005-001-00-X Приложения VI, Часть 3, к Регламенту (ЕС) № 1272/2008 Европейского Парламента и Совета от 16 декабря 2008 г. о классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей, внесении изменений и отмене Директив. 67/548/EEC и 1999/45/EC, а также вносящий поправки в Регламент (EC) № 1907/2006 . OJEU L353, 31 декабря 2008 г., стр. 1–1355, стр. 341.
- ^ «Трифторид бора», Карманный справочник по химическим опасностям , Публикация Министерства здравоохранения и социальных служб США (NIOSH) № 2005–149, Вашингтон, округ Колумбия: Государственная типография, 2005, ISBN 9780160727511 .
- ^ Inc., Новая среда. «Новая среда Inc. - Химические вещества NFPA» . www.newenv.com . Архивировано из оригинала 27 августа 2016 года . Проверено 7 мая 2018 г.
{{cite web}}:|last=имеет общее имя ( справка ) - ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ 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. Бибкод : 1998ЖЧЭд..75..923Г . дои : 10.1021/ed075p923 .
- ^ Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия . Сан-Диего: Академическая пресса. ISBN 0-12-352651-5 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Браттон, Р.Дж.; Вебер, CJ; Гвиберт, ЧР; Литтл, Дж. Л. «Соединения бора». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a04_309 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Наводнение, DT (1933). «Фторбензол» . Органические синтезы . 13:46 ; Сборник томов , т. 2, с. 295 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Брауэр, Георг (1963). Справочник по препаративной неорганической химии . Том. 1 (2-е изд.). Нью-Йорк: Академическая пресса. п. 220 и 773. ISBN 978-0121266011 .
- ^ Yaws, CL, изд. (1999). Справочник по химическим свойствам . МакГроу-Хилл. п. 25.
- ^ «Трифторид бора» . Газовая энциклопедия . Эйр Ликид . 15 декабря 2016 г. Архивировано из оригинала 6 декабря 2006 г.
- ^ Корнел, Вероника; Прекрасно, Карл Дж. (2007). «Этерат трифторида бора». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . дои : 10.1002/9780470842898.rb249.pub2 . ISBN 978-0471936237 . S2CID 100921225 .
- ^ Хини, Гарри (2001). «Трифторид бора-диметилсульфид». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . дои : 10.1002/047084289X.rb247 . ISBN 0471936235 .
- ^ Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри ; Мурильо, Карлос А.; Бохманн, Манфред (1999), Передовая неорганическая химия (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
- ^ Бурман, премьер-министр; Поттс, Д. (1974). «Халькогенидные комплексы тригалогенидов бора V группы». Канадский химический журнал . 52 (11): 2016–2020. дои : 10.1139/v74-291 .
- ^ Бринк, Т.; Мюррей, Дж. С.; Политцер, П. (1993). «Вычислительный анализ связи в трифториде бора и трихлориде бора и их комплексах с аммиаком». Неорганическая химия . 32 (12): 2622–2625. дои : 10.1021/ic00064a008 .
- ^ Здесь, в Википедии, можно найти простую для понимания таблицу, в которой показаны рисунки нескольких высших p-орбиталей.
- ^ Вамсер, Калифорния (1951). «Равновесия в системе трифторид бора – вода при 25°». Журнал Американского химического общества . 73 (1): 409–416. дои : 10.1021/ja01145a134 .
- ^ Хини, Х. (2001). «Трифторид бора». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . дои : 10.1002/047084289X.rb250 . ISBN 0-471-93623-5 .
- ^ Мани, Рама И.; Эрберт, Ларри Х.; Манисе, Дэниел (1991). «Трифторид бора в синтезе растительных фенолов: синтез фенольных кетонов и фенилстрилкетонов» (PDF) . Журнал Академии наук Теннесси . 66 (1): 1–8. Архивировано из оригинала (PDF) 27 октября 2016 года . Проверено 27 октября 2016 г.
- ^ Сова, Ф.Дж.; Хеннион, ГФ; Ньюланд, Дж. А. (1935). «Органические реакции с фторидом бора. IX. Алкилирование фенола спиртами». Журнал Американского химического общества . 57 (4): 709–711. дои : 10.1021/ja01307a034 .
- ^ трифторида бора (BF 3 « Применение )» . Ханивелл . Архивировано из оригинала 29 января 2012 г.
- ^ Гей-Люссак, JL; Тенар, ЖЖ (1809). «О плавиковой кислоте». Анналы химии . 69 : 204–220.
- ^ Гей-Люссак, JL; Тенар, ЖЖ (1809). «О свойствах плавиковой кислоты и особенностях ее действия на калийный металл» . Мемуары физики и химии Общества Аркейля . 2 : 317–331.
Внешние ссылки [ править ]
- «Темы безопасности и здоровья: трифторид бора» . ОША.
- «ТРИФТОРИД БОРА ICSC: 0231» . Международные карты химической безопасности . CDC. Архивировано из оригинала 23 ноября 2017 г. Проверено 8 сентября 2017 г.
- «Бор и соединения: обзор» . Национальный реестр загрязнителей . Правительство Австралии.
- «Фтористые соединения: обзор» . Национальный реестр загрязнителей . Правительство Австралии.
- «Трифторид бора» . Веб-книга . НИСТ.
- трифторида бора (BF 3 « Применение )» . Ханивелл. Архивировано из оригинала 29 января 2012 г. Проверено 14 февраля 2012 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|