Трифторид бора – неорганическое соединение формулы BF 3 . Этот резкий, бесцветный и токсичный газ образует во влажном воздухе белые пары. Это полезная кислота Льюиса и универсальный строительный блок для других соединений бора .
Геометрия молекулы BF 3 тригонально - планарная . Его симметрия D3h соответствует предсказанию теории VSEPR . Молекула не имеет дипольного момента в силу своей высокой симметрии. Молекула изоэлектронна карбонат-аниону CO . 2-3.
BF 3 обычно называют « электроннодефицитным », и 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 предполагает разрешенное симметрией перекрытие ар-орбитали атома бора с синфазной комбинацией трех одинаково ориентированных р-орбиталей атомов фтора. [7] Другие указывают на ионную природу связей в BF 3 . [8]
BF 3 получают реакцией оксидов бора с фтористым водородом :
Обычно HF производят на месте из серной кислоты и флюорита ( CaF 2 ). [9] Ежегодно производится около 2300-4500 тонн трифторида бора. [10]
Для реакций лабораторного масштаба BF 3 обычно получают 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 солей диазония [BF 4 ] - : [11]
Альтернативно он возникает в результате реакции тетрафторбората натрия , триоксида бора и серной кислоты : [12]
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]
В отличие от тригалогенидов алюминия и галлия, тригалогениды бора являются мономерными . Они подвергаются быстрым реакциям галогенидного обмена:
Из-за легкости этого процесса обмена смешанные галогениды невозможно получить в чистом виде.
Трифторид бора представляет собой универсальную кислоту Льюиса , которая образует аддукты с такими основаниями Льюиса , как фторид и простые эфиры :
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 удобную в обращении жидкость и, следовательно, широко используется в качестве лабораторного источника BF 3 . [15] Другим распространенным аддуктом является аддукт с диметилсульфидом ( BF 3 ·S(CH 3 ) 2 ), с которым можно обращаться как с чистой жидкостью. [16]
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:
Эту тенденцию обычно связывают со степенью π-связи в плоском тригалогениде бора, которая теряется при пирамидализации молекулы BX 3 . [17] что соответствует этой тенденции:
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 F 3 B-L . [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, уменьшая π-донорную блокировку кислотности. [20]
Трифторид бора реагирует с водой с образованием борной кислоты и фторборной кислоты . Реакция начинается с образования аквааддукта H 2 O-BF 3 , который затем теряет HF, образуя фторборную кислоту с трифторидом бора. [21]
Более тяжелые тригалогениды не вступают в аналогичные реакции, возможно, из-за меньшей стабильности тетраэдрических ионов [BCl 4 ] - и [BBr 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.
Трифторид бора наиболее широко используется в качестве реагента в органическом синтезе , обычно в виде кислоты Льюиса . [10] [22] Примеры:
Другие, менее распространенные применения трифторида бора включают:
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]
{{cite book}}
: |website=
игнорируется ( помощь ){{cite web}}
: |last=
имеет общее имя ( справка )