Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

trifluoruro de boro

boron trifluoride dihydrate: [[List of UN Numbers 2801 to 2900|2851]].\n}}"},"Section2":{"wt":"{{Chembox Properties\n|Formula = {{chem2|BF3}}\n|MolarMass = 67.82 g/mol (anhydrou...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

El trifluoruro de boro es el compuesto inorgánico con la fórmula BF₃ . Este gas, de olor penetrante, incoloro y tóxico , forma humos blancos en presencia de humedad. Es un ácido de Lewis útil y un componente básico versátil para la síntesis de otros compuestos de boro .

Estructura y enlaces

La geometría de una molécula de BF₃ es trigonal plana . Su simetría D₃h concuerda con la predicción de la teoría VSEPR . La molécula no tiene momento dipolar debido a su alta simetría. La molécula es isoelectrónica con el anión carbonato , CO₃²⁻ .

El BF3 se suele denominar " deficiente en electrones ", una descripción que se ve reforzada por su reactividad exotérmica hacia las bases de Lewis .

En los trihaluros de boro , BX₃ , la longitud de los enlaces B–X (1,30 Å) es menor de lo que se esperaría para enlaces simples, [ 7 ] y esta brevedad puede indicar un enlace π B–X más fuerte en el fluoruro. Una explicación sencilla invoca la superposición permitida por la simetría del orbital ap en el átomo de boro con la combinación en fase de los tres orbitales p orientados de manera similar en los átomos de flúor. [ 7 ] Otros señalan la naturaleza iónica de los enlaces en BF₃ . [ 8 ]

Diagrama de enlace pi del trifluoruro de boro

Síntesis y manipulación

El BF3 se fabrica mediante la reacción de óxidos de boro con fluoruro de hidrógeno :

B₂O₃ + 6 HF → 2 BF₃ + 3 H₂O

Normalmente , el HF se produce in situ a partir de ácido sulfúrico y fluorita ( CaF₂ ). [ 9 ] Aproximadamente entre 2300 y 4500 toneladas de trifluoruro de boro se producen cada año. [ 10 ]

Escala de laboratorio

Para reacciones a escala de laboratorio, el BF3 se suele producir in situ utilizando trifluoruro de boro eterato , que es un líquido disponible comercialmente.

Existen numerosas rutas de laboratorio para obtener materiales sin disolvente. Una ruta bien documentada implica la descomposición térmica de sales de diazonio de [ BF 4 ] − : [ 11 ]

[ PhN 2 ] + [ BF 4 ] − → PhF + BF 3 + norte 2

Se forma mediante el tratamiento de una mezcla de trióxido de boro y tetrafluoroborato de sodio con ácido sulfúrico: [ 12 ]

6 Na [ BF 4 ] + B 2 O 3 + 6 H 2 SO 4 → 8 BF 3 + 6 NaHSO 4 + 3 H 2 O

Alternativamente, el tribromuro de boro convierte varios compuestos organofluorados en organobrominos , desprendiendo gas trifluoruro: [ 13 ]

3  R – F  + BBr 3  → 3  R – Br  + BF 3

Propiedades

El trifluoruro de boro anhidro tiene un punto de ebullición de −100,3 ° C  y una temperatura crítica de −12,3  °C, por lo que solo puede almacenarse como líquido refrigerado entre esas temperaturas. Los recipientes de almacenamiento o transporte deben diseñarse para soportar la presión interna, ya que un fallo en el sistema de refrigeración podría provocar que la presión aumente hasta la presión crítica de 49,85 bar (4,985 MPa). [ 14 ]

El trifluoruro de boro es corrosivo. Los metales adecuados para equipos que manipulan trifluoruro de boro incluyen acero inoxidable , monel y hastelloy . En presencia de humedad, corroe el acero, incluido el acero inoxidable. Reacciona con las poliamidas . El politetrafluoroetileno , el policlorotrifluoroetileno , el fluoruro de polivinilideno y el polipropileno muestran una resistencia satisfactoria. La grasa utilizada en el equipo debe ser a base de fluorocarbono , ya que el trifluoruro de boro reacciona con las grasas a base de hidrocarburos. [ 15 ]

Reacciones

A diferencia de los trihaluros de aluminio y galio, los trihaluros de boro son todos monoméricos . Experimentan reacciones rápidas de intercambio de haluros:

BF₃ + BCl₃ → BF₂Cl + BCl₂F​​​

Debido a la facilidad de este proceso de intercambio, los haluros mixtos no se pueden obtener en forma pura.

El trifluoruro de boro es un ácido de Lewis versátil que forma aductos con bases de Lewis como el fluoruro y los éteres :

CsF + BF 3 → Cs [ BF 4 ]
O(CH 2 CH 3 ) 2 + BF 3 → BF 3 · O(CH 2 CH 3 ) 2

Las sales de tetrafluoroborato se emplean comúnmente como aniones no coordinantes . El aducto con éter dietílico , trifluoruro de boro dietil éterato, o simplemente trifluoruro de boro éterato , ( BF₃ · O(CH₂CH₃ ) ₂ ) es un líquido fácil de manipular y, por consiguiente , se encuentra ampliamente como fuente de BF₃ en el laboratorio . [ 16 ] Otro aducto común es el aducto con sulfuro de dimetilo ( BF₃ · S (CH₃ ) ₂ ) , que se puede manipular como un líquido puro. [ 17 ]

Acidez de Lewis comparativa

Los tres trihaluros de boro más ligeros, BX₃ (X = F, Cl, Br) , forman aductos estables con bases de Lewis comunes. Su acidez de Lewis relativa puede evaluarse en función de la exotermicidad relativa de la reacción de formación del aducto. Dichas mediciones han revelado la siguiente secuencia para la acidez de Lewis:

BF₃ < BCl₃ < BBr₃ < BI₃ (ácido de Lewis más fuerte )

Esta tendencia se atribuye comúnmente al grado de enlace π en el trihaluro de boro planar que se perdería al piramidalizarse la molécula BX 3. [ 18 ] que sigue esta tendencia:

BF 3 > BCl 3 > BBr 3 < BI 3 (el más fácilmente piramidalizable)

Sin embargo , los criterios para evaluar la fuerza relativa del enlace π no están claros. [ 7 ] Una sugerencia es que el átomo de F es pequeño en comparación con los átomos de Cl y Br, que son más grandes. Como consecuencia, la longitud del enlace entre el boro y el halógeno aumenta al pasar del flúor al yodo, por lo que la superposición espacial entre los orbitales se vuelve más difícil. El par de electrones no enlazantes en p z del F se dona y superpone fácilmente al orbital p z vacío del boro. Como resultado, la donación pi del F es mayor que la del Cl o el Br.

En una explicación alternativa, la baja acidez de Lewis para BF 3 se atribuye a la relativa debilidad del enlace en los aductos F 3 B−L . [ 19 ] [ 20 ]

Otra posible explicación reside en que los orbitales p z de cada periodo superior poseen un plano nodal adicional y signos opuestos de la función de onda a cada lado de dicho plano. Esto da lugar a regiones enlazantes y antienlazantes dentro del mismo enlace, lo que disminuye la superposición efectiva y, por consiguiente, reduce el bloqueo π-donador de la acidez.

Hidrólisis

El trifluoruro de boro reacciona con el agua para dar ácido bórico y ácido fluorobórico . La reacción comienza con la formación del aducto acuoso, H₂O −BF₃ , que luego pierde HF, el cual produce ácido fluorobórico con trifluoruro de boro . [ 21 ]

4 BF₃ + 3 H₂O → 3 H [ BF₄ ] + B(OH) ₃

Los trihaluros más pesados ​​también se hidrolizan, pero en ácidos bórico e hidrohálico , posiblemente debido a la menor estabilidad de los iones tetraédricos [ BCl₄ ] ⁻ y [ BBr₄ ] ⁻ . Debido a la alta acidez del ácido fluorobórico, el ion fluoroborato puede utilizarse para aislar cationes particularmente electrófilos, como los iones diazonio , que de otro modo serían difíciles de aislar en estado sólido.

Usos

Química orgánica

El trifluoruro de boro se utiliza principalmente como reactivo en síntesis orgánica , típicamente como ácido de Lewis . [ 10 ] [ 22 ] Algunos ejemplos incluyen:

Usos específicos

Otros usos menos comunes del trifluoruro de boro incluyen:

Descubrimiento

El trifluoruro de boro fue descubierto en 1808 por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard , quienes intentaban aislar el "ácido fluorhídrico" (es decir, el ácido fluorhídrico ) combinando fluoruro de calcio con ácido bórico vitrificado . Los vapores resultantes no lograron grabar el vidrio, por lo que lo denominaron gas fluorobórico . [ 26 ] [ 27 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Prácticas prudentes en el laboratorio . 16 de agosto de 1995. doi : 10.17226/4911 . ISBN 978-0-309-05229-0Archivado del original el 14 de diciembre de 2014. Consultado el 7 de mayo de 2018 .{{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda )
  2. 1 2 3 4 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0062" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  3. ↑ Índice n.º 005-001-00-X del Anexo VI, Parte 3, del Reglamento (CE) n.º 1272/2008 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de 2008, relativo a la clasificación, el etiquetado y el envasado de sustancias y mezclas, por el que se modifican y derogan las Directivas 67/548/CEE y 1999/45/CE, y se modifica el Reglamento (CE) n.º 1907/2006 . Diario Oficial de la Unión Europea L353, 31 de diciembre de 2008, pp.1–1355pág.341.       
  4. ↑ "Trifluoruro de boro". Guía de bolsillo sobre riesgos químicos . Publicación n.° 2005-149 del Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos (NIOSH) . Washington, DC: Oficina de Imprenta del Gobierno. 2005. ISBN  9780160727511..
  5. ↑ "Trifluoruro de boro" . Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional .
  6. New Environment Inc. "New Environment Inc. - Productos químicos NFPA" . www.newenv.com . Archivado del original el 27 de agosto de 2016. Consultado el 7 de mayo de 2018 .{{cite web}}: |last=tiene nombre genérico ( ayuda )
  7. 1 2 3 Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  8. ↑ Gillespie, Ronald J. (1998). "Moléculas covalentes e iónicas: ¿Por qué BeF₂ y AlF₃ son sólidos de alto punto de fusión mientras que BF₃ y SiF₄ son gases?". Journal of Chemical Education . 75 (7): 923. Bibcode : 1998JChEd..75..923G . doi : 10.1021/ed075p923 .
  9. ↑ Holleman, AF; Wiberg, E. (2001). Química inorgánica . San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
  10. 1 2 Brotherton, RJ; Weber, CJ; Guibert, CR; Little, JL "Compuestos de boro". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a04_309 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  11. ↑ Flood, DT (1933). "Fluorobenceno" . Síntesis orgánicas . 13 : 46; Volúmenes recopilados , vol. 2, pág. 295  .
  12. 1 2 Brauer, Georg (1963). Manual de Química Inorgánica Preparativa . Vol. 1 (2.ª ed.). Nueva York: Academic Press. págs. 220 y 773. ISBN    978-0121266011.{{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  13. ↑ Hegedüs, Kristof (11 de enero de 2019). "Realizando un intercambio de halógenos, una reacción HalEx en..." Imágenes de un laboratorio de química orgánica . Tumblr . Archivado del original el 19 de enero de 2019. Recuperado el 12 de enero de 2025 .
  14. ↑ Yaws, CL, ed. (1999). Manual de propiedades químicas . McGraw-Hill. pág. 25. 
  15. ↑ "Trifluoruro de boro" . Enciclopedia de gases . Air Liquide . 15 de diciembre de 2016. Archivado del original el 6 de diciembre de 2006.
  16. ↑ Cornel, Veronica; Lovely, Carl J. (2007). "Eterato de trifluoruro de boro". Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . doi : 10.1002/9780470842898.rb249.pub2 . ISBN 978-0471936237. S2CID 100921225 . 
  17. ↑ Heaney, Harry (2001). "Trifluoruro de boro-dimetilsulfuro". Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . doi : 10.1002/047084289X.rb247 . ISBN 0471936235.
  18. ↑ Cotton, F. Albert ; Wilkinson, Geoffrey ; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Química inorgánica avanzada (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN  0-471-19957-5
  19. ↑ Boorman, PM; Potts, D. (1974). "Complejos de calcogenuros del grupo V de trihaluros de boro". Revista canadiense de química . 52 (11): 2016– 2020. doi : 10.1139/v74-291 .
  20. ↑ Brinck, T.; Murray, JS; Politzer, P. (1993). "Análisis computacional del enlace en trifluoruro de boro y tricloruro de boro y sus complejos con amoníaco". Química Inorgánica . 32 (12): 2622– 2625. doi : 10.1021/ic00064a008 .
  21. ↑ Wamser, CA (1951). "Equilibrios en el sistema trifluoruro de boro–agua a 25°". Journal of the American Chemical Society . 73 (1): 409– 416. Bibcode : 1951JAChS..73..409W . doi : 10.1021/ja01145a134 .
  22. ↑ Heaney, H. (2001). "Trifluoruro de boro". Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . doi : 10.1002/047084289X.rb250 . ISBN 0-471-93623-5.
  23. ↑ Mani, Rama I.; Erbert, Larry H.; Manise, Daniel (1991). "Trifluoruro de boro en la síntesis de fenoles vegetales: síntesis de cetonas fenólicas y cetonas fenil estrilo" (PDF) . Journal of Tennessee Academy of Science . 66 (1): 1–8 . Archivado del original (PDF) el 27 de octubre de 2016. Recuperado el 27 de octubre de 2016 .
  24. ↑ Sowa, FJ; Hennion, GF; Nieuwland, JA (1935). "Reacciones orgánicas con fluoruro de boro. IX. La alquilación del fenol con alcoholes". Journal of the American Chemical Society . 57 (4): 709– 711. Bibcode : 1935JAChS..57..709S . doi : 10.1021/ja01307a034 .
  25. ↑ " Aplicaciones del trifluoruro de boro (BF₃ ) " . Honeywell . Archivado del original el 29/01/2012.
  26. ^ Gay-Lussac, JL; Thenard, LJ (1809). "Sobre el ácido fluorico". Anales de Chimié . 69 : 204-220 .
  27. ^ Gay-Lussac, JL; Thenard, LJ (1809). "Des propriétés de l'acide fluorique et sur-tout de son action sur le métal de la potasse" . Mémoires de Physique et de Chimie de la Société d'Arcueil . 2 : 317–331 .
  • "Temas de seguridad y salud: Trifluoruro de boro" . OSHA.
  • "TRIFLUORURO DE BORO ICSC: 0231" . Fichas Internacionales de Seguridad Química . CDC. Archivado del original el 23/11/2017 . Consultado el 08/09/2017 .
  • "Boro y compuestos: descripción general" . Inventario Nacional de Contaminantes . Gobierno australiano.
  • "Compuestos de fluoruro: descripción general" . Inventario Nacional de Contaminantes . Gobierno australiano.
  • "Trifluoruro de boro" . WebBook . NIST.
  • " Aplicaciones del trifluoruro de boro (BF₃ ) " . Honeywell. Archivado del original el 29 de enero de 2012. Consultado el 14 de febrero de 2012 .