Trifluoruro di boro
| Trifluoruro di boro | |
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| Nome IUPAC | |
| trifluoruro di boro | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | BF3 |
| Massa molecolare (u) | 67,81 |
| Aspetto | gas incolore |
| Numero CAS | [] |
| Numero EINECS | |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/l, in c.s.) | 2,178 |
| Temperatura di fusione | −126 °C (147 K) |
| Temperatura di ebollizione | −100,3 °C (172,9 K) |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | −1137 |
| S0m(J·K−1mol−1) | 254,12 |
| C0p,m(J·K−1mol−1) | 50,46 |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
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| Frasi R | 14-26-35 |
| Frasi S | 9-26-28-36/37/39-49 |
Il trifluoruro di boro è il composto chimico di formula BF3. È un gas incolore e tossico, di odore pungente, che forma fumi bianchi in aria umida. È un acido di Lewis e un reagente versatile per la preparazione di altri composti di boro.
Indice |
Struttura e legami [modifica]
I trialogenuri di boro sono composti molecolari monomerici, a differenza dei trialogenuri di alluminio. Miscele di alogenuri diversi scambiano molto rapidamente gli alogeni:
- BF3 + BCl3 ⇄ BF2Cl + BCl2F
La reazione procede presumibilmente attraverso la formazione di dimeri instabili. A causa di questa reazione, i composti con alogeni misti non si possono ottenere in forma pura.
La geometria della molecola BF3 è trigonale planare. La simmetria D3h è in accordo con le previsioni della teoria VSEPR. Benché contenga tre legami covalenti polari, la molecola ha momento dipolare nullo in virtù dell'alta simmetria. BF3 è una tipica molecola elettron-deficiente, come avvalorato dal fatto che reagisce facilmente con basi di Lewis.
Nei trialogeno composti BX3 la distanza di legame tra boro e alogeno è più piccola di quella che ci si aspetterebbe per un legame singolo;[1] questo è stato interpretato con la presenza di un apprezzabile contributo π al legame. Come mostrato nella figura, è facile invocare una sovrapposizione tra un orbitale p dell'atomo di boro centrale con una combinazione dei tre orbitali p con la stessa orientazione presenti sugli atomi di fluoro.[1]
Sintesi [modifica]
BF3 è preparato industrialmente trattando a caldo ossido di boro o borati con fluorite e con acido solforico concentrato:[2]
- B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 → 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O
In laboratorio si può produrre BF3 per decomposizione termica del tetrafluoroborato di diazonio:[3]
- PhN2BF4 → PhF + BF3 + N2
Acidità di Lewis e reazioni collegate [modifica]
Il trifluoruro di boro è un acido di Lewis molto versatile e forma addotti con basi di Lewis come fluoruri ed eteri:
- CsF + BF3 → CsBF4
- O(C2H5)2 + BF3 → BF3O(C2H5)2
L'anione tetrafluoroborato (BF4−) è comunemente impiegato come anione non coordinante. L'addotto con l'etere etilico è un liquido comodo da maneggiare e di conseguenza è largamente utilizzato in laboratorio come fonte di BF3.
Confronti di acidità di Lewis [modifica]
Tutti e tre i trialogenuri di boro, BX3 (X = F, Cl, Br) formano addotti stabili con semplici basi di Lewis. La loro acidità relativa può essere stimata confrontando l'esotermicità delle reazioni di formazione degli addotti. Da queste misure si è ricavato il seguente ordine di acidità di Lewis:
- BF3 < BCl3 < BBr3 (acido di Lewis più forte)
Questo andamento è comunemente attribuito alla quantità di contributo π al legame che va perso nel passare dalla forma planare della molecola BX3 alla forma tetraedrica nell'addotto formato,[4] quantità che varia nell'ordine:
- BF3 > BCl3 > BBr3 (diventa più facilmente tetraedrico)
I criteri per valutare le forze relative del legame π non sono però del tutto chiari.[1]
Una possibile interpretazione considera che, essendo l'atomo di fluoro più piccolo di quello di bromo, la coppia elettronica dell'orbitale pz del fluoro può dare maggiore sovrapposizione con l'orbitale pz vuoto del boro. Di conseguenza, in BF3 il contributo π al legame è maggiore rispetto a BBr3.
In un'altra interpretazione, la minor acidità di Lewis di BF3 è attribuita alla relativa debolezza del legame che si forma nell'addotto F3B-L.[5][6]
Idrolisi [modifica]
Il trifluoruro di boro reagisce con l'acqua in modo incompleto, formando tetrafluoroborati e acido borico.
- 4 BF3 + 3 H2O → 3 H+ + 3 BF4− + B(OH)3
Gli altri alogenuri sono invece completamente idrolizzati in acqua, senza formare lo ione tetraedrico BX4−. Ad esempio:
- BCl3 + 3 H2O → 3 HCl + B(OH)3
Precauzioni per l'impiego [modifica]
Il trifluoruro di boro è corrosivo. I contenitori per il trifluoruro di boro devono essere fatti di metalli adatti come acciaio inossidabile, monel e hastelloy. In presenza di umidità corrode l'acciaio, anche inossidabile. Reagisce con le poliammidi, mentre politetrafluoroetilene, policlorotrifluoroetilene, polivinildenfluoruro e polipropilene resistono in modo soddisfacente. Il grasso usato per lubrificare le apparecchiature deve essere a base di fluorocarburi, dato che BF3 reagisce con i grassi a base idrocarburica.[7]
Usi [modifica]
Nella maggior parte dei casi BF3 è utilizzato come acido di Lewis. Gli usi principali sono:
- reazioni di acilazione e alchilazione di Friedel-Crafts. Queste reazioni non sono propriamente catalitiche, dato che BF3 viene consumato. Ad esempio:
- PhH + RX + BF3 → Ph-R + H+ + BF3X−
- reazioni di polimerizzazione di composti insaturi come gli alcheni.
- reazioni di isomerizzazione di idrocarburi saturi e insaturi.
- cracking degli idrocarburi nell'industria petrolifera.
- reazioni di esterificazione e condensazione.
- sintesi di altri composti di boro come borani e borati.
- sintesi di additivi per lubrificanti.
- drogaggio di tipo P nella fabbricazione di semiconduttori.
Note [modifica]
- ^ a b c Greenwood, N. N.; A. Earnshaw (1997). Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
- ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
- ^ Flood, D. T. (1943). "Fluorobenzene". Org. Synth. 2: 295.
- ^ 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.
- ^ 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
- ^ 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.
- ^ Boron trifluoride in Gas Encyclopedia. Air Liquide
Collegamenti esterni [modifica]
- http://www.osha.gov/dts/chemicalsampling/data/CH_221700.html
- http://www.cdc.gov/niosh/ipcsneng/neng0231.html
- National Pollutant Inventory - Boron and compounds fact sheet
- National Pollutant Inventory - Fluoride and compounds fact sheet
- WebBook page for BF3
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