Tricloruro di boro

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Tricloruro di boro
Schema di struttura del tricloruro di boro
Modello CPK della molecola di tricloruro di boro
Nomi alternativi
cloruro di boro(III)
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare BCl3
Massa molecolare (u) 117,17
Aspetto gas incolore, fumante all'aria
Numero CAS [10294-34-5]
Numero EINECS 233-658-4
PubChem 25135
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.) 5,252
Solubilità in acqua si decompone
Temperatura di fusione –107,2 °C (166,0 K)
Temperatura di ebollizione 12,6 °C (285,8 K)
Tensione di vapore (Pa) a 293 K 160 000
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1) –404
ΔfG0 (kJ·mol−1) –389
S0m(J·K−1mol−1) 290
C0p,m(J·K−1mol−1) 62,8
Proprietà tossicologiche
LD50 (mg/kg) 2541 ratto
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
tossicità acuta corrosivo gas compresso
Frasi H 280, 300, 314, 330
Consigli P 260, 280, 304+340, 303+361+353, 305+351+338, 315, 403, 405

Il tricloruro di boro o cloruro di boro(III) è il composto inorganico di formula BCl3. In condizioni normali è un gas incolore che fuma a contatto con l'aria umida, e reagisce rapidamente a contatto con l'acqua. In questo composto il boro è nello stato di ossidazione +3. Viene usato principalmente per la preparazione di fibre di boro da inserire in materiali compositi.

Struttura[modifica | modifica sorgente]

BCl3 è un composto molecolare, gassoso in condizioni normali. Come gli altri alogenuri del boro, anche per BCl3 la molecola è planare. Gli angoli Cl–B–Cl sono di 120° e la simmetria è D3h. Le distanze B–Cl sono di 175 pm, significativamente minori di quelle previste per un semplice legame σ; questo suggerisce che sia presente una interazione π tra gli orbitali p perpendicolari al piano molecolare. L'effettiva entità di questa interazione è dibattuta.[1]

BCl3 normalmente non forma dimeri; la possibile formazione di dimeri è stata osservata solo a temperature molto basse (20 K). Questo comportamento contrasta con quello di altri trialogenuri del gruppo 13, come AlCl3 e GaCl3 che formano dimeri.[1]

Sintesi[modifica | modifica sorgente]

BCl3 si può ottenere a partire da ossido di boro, acido borico o altri comporti di boro effettuando una clorurazione ad alta temperatura tramite cloro, acido cloridrico, fosgene o altri agenti cloruranti.[2] Industrialmente si ottiene per clorurazione diretta di ossido di boro con cloro in presenza di carbone; la sintesi è analoga al processo Kroll che converte il diossido di titanio in tetracloruro di titanio:[1]

B2O3 + 3C + 3Cl2 → 2BCl3 + 3CO

In laboratorio si può ottenere facendo reagire trifluoruro di boro e cloruro di alluminio:[1]

BF3 + AlCl3 → BCl3 + AlF3

Reattività[modifica | modifica sorgente]

BCl3 è un composto molto reattivo, forte acido di Lewis. Con l'acqua reagisce violentemente formando acido cloridrico e acido borico:

BCl3 + 3H2O → B(OH)3 + 3HCl

Per riscaldamento BCl3 si decompone formando cloro e cloruro di idrogeno.

BCl3 forma addotti con ammine terziarie, fosfine, eteri, tioeteri e ioni alogenuri.[3] Un esempio è BCl3·S(CH3)2 (CAS# 5523-19-3), spesso impiegato come fonte di BCl3 facile da maneggiare, dato che è un solido (p.f. 88–90 °C) che rilascia BCl3:

(CH3)2S · BCl3 ⇌ (CH3)2S + BCl3

L'addotto con lo ione cloruro è [BCl4], specie meno stabile dell'analogo [BF4], e che si può ottenere solo in presenza di controioni molto grandi, tipo [nBu4N]+.[1]

La reazione a temperatura elevata tra BCl3 e magnesio o idrogeno è usata per ottenere varie forme di boro elementare:[1]

2BCl3 + 3Mg → 2B + 3MgCl2
2BCl3 + 3H2 → 2B + 6HCl

Facendo passare una scarica elettrica attraverso BCl3 a pressione ridotta si formano tetracloruro di diboro, Cl2B-BCl2, e tetracloruro di tetraboro, B4Cl4.[4]

Per reazione tra BCl3 e stannani si ottengono cloruri di boro con sostituenti alchilici o arilici:

2BCl3 + R4Sn → 2RBCl2 + R2SnCl2

Usi[modifica | modifica sorgente]

La maggior parte del BCl3 è usato per preparare fibre di boro da utilizzare in materiali compositi per l'industria aeronautica e spaziale, e per attrezzature sportive. Si usa anche nella raffinazione di leghe di alluminio, magnesio, zinco e rame per rimuovere nitruri, carburi e ossidi. È stato usato come flussante per saldare leghe di alluminio, ferro, zinco, tungsteno e monel. Come catalizzatore, in genere per reazioni di Friedel-Crafts, è utilizzato in varie reazioni organiche, ad esempio per la polimerizzazione di olefine e fosfazeni. Viene usato inoltre come precursore per la sintesi di altri composti di boro, e per l'incisione al plasma (plasma etching) nella fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore.[2][5]

Indicazioni di sicurezza[modifica | modifica sorgente]

BCl3 è disponibile in commercio. Il gas idrolizza rapidamente all'aria umida formando acido cloridrico e acido borico, ed è corrosivo per la pelle, gli occhi e tutte le mucose. Per inalazione danneggia i polmoni. Non ci sono dati che indichino proprietà cancerogene.[6]

Note[modifica | modifica sorgente]

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • (EN) R. J. Brotherton, C. J. Weber, C. R. Guibert e J. L. Little, Boron compounds in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002. DOI:10.1002/14356007.a04_309.
  • W. Gerrard e M. F. Lappert, Reactions Of Boron Trichloride With Organic Compounds in Chem. Rev., vol. 58, n. 6, 1958, pp. 1081–1111. DOI:10.1021/cr50024a003.
  • (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997. ISBN 0-7506-3365-4.
  • P. Patnaik, Handbook of inorganic chemicals, New York, McGraw-Hill, 2003. ISBN 0-07-049439-8.
  • T. Wartik, R. Rosenberg, W. B. Fox, T. D. Coyle e J. J. Ritter, Diboron Tetrachloride in Inorg. Synth., vol. 10, 1967, pp. 118–125. DOI:10.1002/9780470132418.ch18.
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