Τριφθοριούχο βόριο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
(Ανακατεύθυνση από Βοριοτριφθορίδιο)
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Τριφθοριούχο βόριο
Boron-trifluoride-2D-dimensions.png
Boron-trifluoride-3D-vdW.png
Boron-trifluoride-pi-bonding-2D.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Τριφθοριούχο βόριο
Άλλες ονομασίες Τριφθοροβοράνιο
Τριφθοροβόριο
Τριφθορίδιο του βορίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος BF3
Μοριακή μάζα 67,82 amu
Αριθμός CAS 7637-07-2
SMILES FB(F)F
InChI 1/BF3/c2-1(3)4
Αριθμός EINECS 231-569-5
Αριθμός UN 1008
PubChem CID 6356
ChemSpider ID 6116
Δομή
Μήκος δεσμού 131,3 pm
Είδος δεσμού πολωμένος ομοιoπολικός
2sp2-2p
Πόλωση δεσμού 63% (B+-F-)
Γωνία δεσμού 120°
Μοριακή γεωμετρία Τριγωνική επίπεδη
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −126,8ºC
Σημείο βρασμού −100,3ºC
Πυκνότητα 2.178 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
Πολύ διαλυτό
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
άφλεκτο
Επικινδυνότητα
Πολύ τοξικό (T+)
Διαβρωτικό (C)
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
4
1
W
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το τριφθοριούχο βόριο ή τριφθορίδιο του βορίου ή βοριοτριφθορίδιο ή τριφθοροβοράνιο ή τριφθοροβόριο, BF3, είναι ένα αποπνικτικό άχρωμο τοξικό αέριο που σχηματίζει λευκή νεφέλη σε υγρό αέρα (λόγω μερικής υδρόλυσής του προς βορικό οξύ). Είναι ένα χρήσιμο οξύ κατά Lewis και ενδιάμεση ένωση για την παραγωγή άλλων βοριούχων ενώσεων.

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αντίθετα με τα τριαλογονίδια του αργίλλίου, τα τριαλογονίδια του βορίου είναι όλα μονομερικά. Υφίστανται ταχέως αναστρέψιμο διμερισμό όπως φαίνεται και από την υψηλή ταχύτητα των αντιδράσεων ανταλλαγής αλογόνων:

\mathrm{BF_3 + BCl_3 \xrightarrow{} BF_2Cl + BFCl_2}

Εξαιτίας της μεγάλης ευκολίας αυτής της ανταλλαγής, τα μικτά αλογονίδια δεν είναι δυνατό να παραχθούν σε καθαρή μορφή.

Η μοριακή γεωμετρία του τριφθορίδιου του βορίου (BF3) μπορεί να περιγραφεί ως επίπεδη τριγωνική, με συμμετρία D3h, σύμφωνα με την πρόβλεψη της θεωρίας VSEPR. Παρόλο που το μόριο αποτελείται από τρεις πολύ πολωμένους ομοιοπολικούς δεσμούς (63%), η διπολική ροπή είναι μηδέν (0), γιατί οι συνισταμένες της αλληλοεξουδετερώνονται εξαιτίας της υψηλής συμμετρίας. Το σύστημα είναι ισοηλεκτρονιακό με το αυτό του ανθρακικού ανιόντος (CO3-), αλλά για το τριφθορίδιο του βορίου (και άλλες βοριούχες ενώσεις) συχνά αναφέρεται ότι έχουν χάσμα οκτάδας, περιγραφή που ενισχύεται από ρην εξώθερμη αντιδραστικότητά του απέναντι σε βάση κατά Lewis.

Το μήκος του δεσμού B-F (131,3 pm) είναι κοντύτερο από το αναμενόμενο για απλό ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των δυο στοιχείων και αυτό εξηγείται από την παρουσία π - δεσμού με το άτομο του φθορίου, λόγω επικάλυψης των p τροχιακών του ατόμου βορίου και των τριών (3) ατόμων φθορίου[1].

Boron-trifluoride-pi-bonding-2D.png

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Το τριφθορίδιο του βορίου παράγεται με επίδραση υδροφθορίου (HF) σε οξείδιο του βορίου (B2O3):

\mathrm{B_2O_3 + 6HF \xrightarrow{} 2BF_3 + 3H_2O}

\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4 \xrightarrow{} CaSO_4 + 2HF}

2. Σε εργαστηριακή κλίμακα παράγεται και με θερμική διάσπαση κατάληλων διαζωνιακών αλάτων[3]:

\mathrm{PhN_2BF_4 \xrightarrow{\triangle} PhF + BF_3 + N_2}

Χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το τριφθρίδιο του βορίου είναι ένα ισχυρό οξύ κατά Lewis που σχηματίζει σύμπλοκα με αντίστοιχες βάσεις κατά Lewis, όπως τα φθορίδια και οι αιθέρες. Π.χ.:

\mathrm{CsF + BF_3 \xrightarrow{} Cs[BF_4]}
\mathrm{ROR \acute{} \ + BF_3 \xrightarrow{} BF_3OR(R \acute{} \ )}

Ειδικά το σύμπλοκο BF3OEt2 (διαιθυλαιθεροβοριοτριφθορίδιο), είναι ένα υγρό που χρησιμοποιείται συχνά ως φορέας του σχετικά δύσχρηστου (ως πολύ τοξικό αέριο) βοριοτριφθορίδιου. Για τον ίδιο σκοπό χρησιμοποιείται επίσης και το αντίστοιχο σύμπλοκο με το διμεθυλοθειαιθέρα, δηλαδή το BF3SMe2 (διμεθυλοθειαιθεροβοριοτριφθορίδιο).

Σύγκριση με την αντίστοιχη συμπεριφορά των άλλων βοριοτριαλογονιδίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα τρία (3) ελαφρύτερα βοριοτριαλογονίδια (BX3, όπου X: φθόριο, χλώριο και βρώμιο) σχηματίζουν σταθερά σύμπλοκα με τις συνηθισμένες βάσεις κατά Lewis. Η σχετική σταθερότητά τους μπορεί να μετρηθεί με βάση τη σχετική παραγωγή θερμότητας κατά των σχηματισμό αντίστοιχων συμπλόκων. Με βάση τέτοιες μετρήσεις προέκυψε η ακόλουθη σχετική σειρά ισχύος οξέων κατά Lewis για τα τρία (3) ελαφρύτερα βοριοτριαλογονίδια:

BF3 < BCl3 < BBr3

Αντίθετη όμως είναι η σχετική σειρά ισχύος των π - δεαμών:

BF3 > BCl3 > BBr3

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα μόρια με τη μικρότερη σχετική ισχύ π- δεσμού να πυραμιδίζονται (δηλαδή να σχηματίζουν πιο εύκολα σύμπλοκα στα οποία η σχετική θέση ατόμων βορίου και αλογόνων να βρίσκονται σε θέσεις κορυφών τριγωνικιής πυραμίδας, αντί σε επίπεδη τριγωνική θέση, όπως στα μόρια των ίδιων των βοριοτριαλογονιδίων) πιο εύκολα[4]. Οι λόγοι για αυτή τη σχετική διαφοροποίηση της ισχύος των π - δεσμών δεν είναι απόλυτα ξεκαθαρισμένα[1], αλλά μια σχετική πρόταση θεωρεί ότι η κυριότερη αιτία είναι το σχετικό μέγεθος των ατόμων των αλογόνων. ΄Ετσι, π.χ. το άτομο του φθορίου είναι πολύ μικρότερο από το αντίστοιχο του ιωδίου, με αποτέλεσμα να είναι μεγαλύτερη η επικάλυψη του 2pz τροχιακού του φθορίου με το (άδειο) 2pz τροχιακό του βορίου σε σχέση με την επικάλυψη του 5pz τροχιακού του ιωδίου με το (άδειο) 2pz τροχιακό του βορίου. Άρα η ισχύς του ημιπολικού δεσμού F→B είναι μεγαλύτερη από αυτή του αντίστοιχου Ι→Β. Μισ άλλη εξήγηση της σχετικής οξύτητας κατά Lewis που δόθηκε είναι ότι για παρόμοιους λόγους (διαφοράς επικάλυψης), εξασθενείται η ισχύς του ημιπολικού δεσμού \mathrm{F_3B \leftarrow L} σε αχέαη με τον αντίστοιχο \mathrm{I_3B \leftarrow L}, όπου L το κενρικό άτομο της βάσης κατά Lewis με την οποία συμπλοκοποιείται το κάθε βοριοτριαλογονίδιο[5][6].

Υδρόλυση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το βοριοτριφθορίδιο αντιδρά με το νερό (H2O) και δίνει βορικό οξύ (H3BO3) και τετραφθοροβορικό οξύ (HBF4). Η αντίδραση αρχίζει με το σχημματισμό συμπλόκου H2O→BF3, που στη συνέχεια χάνει υδροφθόριο (HF), το οποίο δίνει τετραφθοροβορικό οξύ με βοριοτριφθορίδιο που δεν αντέδρασε[7]:

\mathrm{4BF_3 + 3H_2O \xrightarrow{} 3HBF_4 + H_3BO_3}

Αναφορές και παρατηρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 1,0 1,1 Greenwood, N. N.; A. Earnshaw (1997). Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
  2. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. Flood, D. T., "Fluorobenzene", Org. Synth., http://www.orgsyn.org/orgsyn/orgsyn/prepContent.asp?prep=CV2P0295 ; Coll. Vol. 2: 295
  4. Cotton, F. A.; Wilkinson, G.; Murillo, C. A.; Bochmann, M. (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th Edn.) New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
  5. Group V Chalcogenide Complexes of Boron Trihalides Boorman, P. M.; Potts, D. Canadian. Journal of Chemistry (Rev. can. chim.) volume 52, (1974) pp 2016-2020
  6. T. Brinck, J. S. Murray and P. Politzer (1993). "A computational analysis of the bonding in boron trifluoride and boron trichloride and their complexes with ammonia". Inorg. Chem. 32 (12): 2622–2625. doi:10.1021/ic00064a008.
  7. C. A. Wamser, Journal of the American Chemical Society, v. 73, p. 409 (1951)

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]