ბორის ფთორიდი

მასალა ვიკიპედიიდან — თავისუფალი ენციკლოპედია
Jump to navigation Jump to search
ბორის ფთორიდი 3D -ში
ბორის ფთორიდი: ქიმიური ფორმულა
ბორის ფთორიდი: მოლეკულის ხედი
ზოგადი
სისტემური სახელწოდებაბორის (III) ფთორიდი
შემოკლებაბორ-ფთორ-სამი
ტრადიციული სახელწოდებაბორის ფთორიდი
ქიმიური ფორმულაBF3
ემპირიული ფორმულაBF3
ფარდ. მოლეკ. მასა67,82 (უწყლო) მ. ა. ე.
მოლური მასა103,837 (დიჰიდრატი) /მოლი
ფიზიკური თვისებები
მდგომარეობა (სტ. პირ.)აირი ნ.პ.
სიმკვრივე0,00276 (აირი, უწყლო); 1,64 (სითხე, დიჰიდრატი) /სმ³
თერმული თვისებები
დნობის ტემპერატურა−126,8 °C (−196,2 °F; 146,3 K) °C
დუღილის ტემპერატურა−100,3 °C (−148,5 °F; 172,8 K) °C
მოლური თბოტევადობა (სტ. პირ.)50,46 (მოლური თბოტევადობა) /(·კ)
წარმოქმნის ენტალპია (სტ. პირ.)-1137 კჯ/მოლი
ორთქლის წნევა>50 ატმ (20°C)[1]
სტრუქტურა
დიპოლური მომენტი
კლასიფიკაცია
CAS 7637-07-2
PubChem6356
RTECSED2275000
უსაფრთხოება
ტოქსიკურობაძლიერ ტოქსიკური (T+)
LD501227 ppm (თაგვი, 2 სთ), 39 ppm (ზღვის გოჭი, 4 სთ), 418 ppm (ვირთხა, 4 სთ)[3]

ბორის ფთორიდი (ბორის სამფთორიდი, B (III) ფთორიდი) — არაორგანული ნაერთი ქიმიური ფორმულით BF3. ეს მკვეთრი სუნის მქონე უფერო ტოქსიკური აირი ნოტიო ჰაერში თეთრად ბოლავს. იგი წარმოადგენს ლიუისის მჟავას და ფართოდ გამოიყენება, როგორც წინამორბედი (პრეკურსორი), ბორის სხვა ნაერთების მისაღებად.

ბმები და სტრუქტურა[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

BF3-ის მოლეკულის გეომეტრია სამკუთხა-პლანარულია. მისი სიმეტრია კარგად უთანხმდება VSEPR თეორიის პროგნოზებს. მოლეკულას არ გააჩნია დიპოლური მომენტი მისი მაღალი სიმეტრიულობის გამო. გარე შრის აგებულების მიხედვით, მოლეკულა იზოელექტრონულია კარბონატის ანიონთან, CO32−.

BF3 -ს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც „ელექტრონ-დეფიციტურს“, ეს აღწერა ეფუძნება ლიუსის ფუძეებთან ამ ნაერთის რეაქციების ეგზოთერმულობას.

ბორის ტრიჰალოგენიდებში, რომელთა საერთო ფორმულაა BX3, B-X ბმების სიგრძე (1,30 Å) უფრო მოკლეა, ვიდრე შეიძლება ეს გვევარაუდა ერთმაგი ბმებისათვის[2], და ეს სიმოკლე შეიძლება აჩვენებდეს უფრო ძლიერ π-ბმას ბორის ფთორიდისათვის. ერთ-ერთ ახსნაში ითვალისწინებენ ბორის ატომის p-ორბიტალის გადაფარვას ფთორის ატომების ერთნაირად ორიენტირებული სამ p-ორბიტალთან.[3] სხვა წყაროები მიუთითებენ ბორის ფთორიდში ბმების იონურ ბუნებაზე.[4]

Boron trifluoride pi bonding diagram

სინთეზი და შენახვა[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

BF3 (ბორის ფთორიდი) მიიღება ბორის ოქსიდის რეაქციით მლღობ მჟავასთან:

B2O3 + 6 HF → 2 BF3 + 3 H2O

ჩვეულებრივ, ამ პროცესისთვის საჭირო ფთორწყალბადს ადგილზევე იღებენ გოგირდის მჟავისა და ფლუორიტისგან (CaF2).[5] ყოველწლიურად 2300-4500 ტონა ბორის ფთორიდი მიიღება მთელ მსოფლიოში.[6]

ლაბორატორიულად, ბორის ფთორიდს იღებენ ხოლმე დიაზონიუმის მარილების თერმული დაშლით:[7]

PhN2BF4PhF + BF3 + N2

სადაც Ph _ ფენოლის ბირთვია, ხოლო PhF = C6H5F.

ალტერნატიული გზით, ეს ქიმიური ნივთიერება შეიძლება დავასინთეზოთ ნატრიუმის ტეტრაფთორბორატისგან, ბორის (III) ოქსიდისგან და გოგირდმჟავასაგან:[8]

6 NaBF4 + B2O3 + 6 H2SO4 → 8 BF3 + 6 NaHSO4 + 3 H2O

ბორის უწყლო ფთორიდს გააჩნია დუღილის წერტილი -100,3 გრადუს ცელსიუსზე და კრიტიკული წერტილი (სამმაგი წერტილი) _ მინუს 12,3 გრადუს ცელსიუსზე. ასე რომ, თხევად მდგომარეობაში მისი შენახვა მხოლოდ ამ ტემპერატურებს შორის ინტერვალში შეიძლება. სატრანსპორტო ბალონები უნდა უძლებდნენ მაღალ წნევას, რადგანაც გაცივების სისტემის გათიშვამ შეიძლება გამოიწვიოს ბალონში წნევის ზრდა კრიტიკულ 49,85 ბარ (4,985 მპა) წნევამდე.[9]

ბორის ფთორიდი კოროზიული აგენტია. მასთან კონტაქტისთვის გამოსადეგია უჟანგავი ფოლადი, მონელი (ნიკელის და სპილენძის შენადნობი) ანდა „ჰეინზ ინტერნეშენელ, ინკორპორეიტიდ“ (Haynes International, Inc.)-ის მიერ გამომუშავებული შენადნობი ჰასტელოი, რომელიც მრავალ-ელემენტიანია და შეიცავს შემდეგ ელემენტებს: Co, Cr, Mo, W, Fe, Si, Mn, Ni. 

წყლის ორთქლის, ტენის თანაობისას ბორის ფთორიდი იწვევს ჩვეულებრივი ფოლადის კოროზიას, დიდი ხნის კონტაქტისას შეიძლება შეჭამოს უჟანგავი ფოლადიც.

ბორის ფთორიდი რეაქციაში შედის პოლიამიდებთან. სამაგიეროდ, პოლიტეტრაფთორეთილენი, პოლიქლორფთორეთილენი, პოლივინილიდენის ფთორიდი და პოლიპროპილენი საკმაო მედეგობას იჩენენ. ლუბრიკანტი ან საპოხი ზეთი, რომელიც შესაბამის აპარატურაში უნდა გამოვიყენოთ (რასაც კი კონტაქტი ექნება ბორის ფთორიდთან), უნდა იყოს დაფუძნებული ფთორნახშირბადის ბაზაზე, რადგანაც ნახშირწყალბადებზე დაფუძნებულ ლუბრიკანტებთან ბორის ფთორიდი რეაქციაში შედის.[10]

რეაქციები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ალუმინის და გალიუმის ტრიჰალოგენიდებისგან განსხვავებით, ბორის ტრიჰალოგენიდები ყველანი მონომერულია. ისინი შედიან მიმოცვლის რეაქციებში, მაგალითად:

BF3 + BCl3 → BF2Cl + BCl2F

ამგვარი მიმოცვლა იმდენად იოლად წარმოებს, რომ ჰალიდების ნარევიდან მათი სუფთა ფორმით მიღება მარტივი საქმე არაა.

ბორის ფთორიდი ძლიერ მოქნილად შედის რეაქციებში, როგორც ლიუისის მჟავა და წარმოქმნის ადუქტებს იმგვარ ლიუისის ფუძეებთან, როგორიცაა ფთორიდები და მარტივი ეთერები: 

CsF + BF3 → CsBF4
O(C2H5)2 + BF3 → BF3O(C2H5)2

ტეტრაფთორბორატის მარილები საზოგადოდ გამოიყენება, როგორც არა-კოორდინირებადი ანიონები. ბორის ტრიფთორიდის დიეთილ-ეთერატი ან უბრალოდ ბორის ფთორიდის ეთერატი, BF3·O(Et)2, სადაც Et = C2H5 ანუ ეთანოლის ნაშთია, ოთახის ტემპერატურაზე სითხეს წარმოადგენს და ბორის ფთორიდის მოსახერხებელი და ფართოდ გამოყენებადი წყაროცაა ლაბორატორიულ პირობებში. ეს ნაერთი მდგრადია ეთერის ხსნარში, მაგრამ აღწერილი სტექიომეტრია ამგვარ ხსნარში დაცული აღარაა ხოლმე. სხვა გავრცელებული ლიუისური ნაერთია დიმეთილ-სულფიდი, BF3·S(Me)2, რომელიც ასევე თხევადია. 

ფარდობითი მჟავიანობა ლიუსის მიხედვით[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ბორის სამივე მსუბუქი ტრიჰალოგენიდი, BX3, სადაც X = F, Cl, Br, ქმნის სტაბილურ ადუქტებს ლიუსის ფუძეებთან. მათი ფარდობითი მჟავური ბუნება ლიუსის მიხედვით შეიძლება შევაფასოთ ადუქტების სინთეზის რეაქციების ფარდობითი ეგზოთერმულობის მიხედვით. ამგვარმა გაზომვებმა შემდეგი რიგი მიუთითა:

BF3 < BCl3 < BBr3 (ანუ ბორის ბრომიდი უფრო ძლიერი ლიუისის მჟავაა, ვიდრე ქლორიდი და ფთორიდი)

ამგვარ კანონზომიერებას, ჩვეულებრივ, მიაწერენ ხოლმე π-ბმებს, რომლებიც თანდათან იკარგება, როცა ბორის ტრიჰალოგენიდის მოლეკულა ბრტყელი სტრუქტურიდან პირამიდულზე გადადის;  π-ბმები ყველაზე ძლიერია ბორის ფთორიდში:[11]

BF3 > BCl3 > BBr3 (ეს უკანასკნელი, ტრიბრომიდი უფრო იოლად იძენს პირამიდულ, სივრცულ ფორმას, უფრო იოლად პირამიდულდება)

π-ბმების ფარდობითი ძალის შეფასების კრიტერიუმები მაინც ნათელი არაა.[12]

ერთი ახსნა ისაა, რომ ფთორის ატომი უფრო მცირეა, ვიდრე ქლორის და ბრომის ატომები, ამიტომაც გაუწყვილებელი ელექტრონი ფთორის pz ორბიტალიდან უფრო იოლად გადაეცემა და გადაიფარება ბორის ცარიელ pz ორბიტალთან. შესაბამისად, ფთორის π-დონაციის ეფექტი მეტია, ვიდრე, შესაბამისად, ქლორისა და ბრომისა.

π-დონაცია (პი-ელექტრონის გადასვლა ფთორიდან ბორის ცარიელ Pz ორბიტალზე) უფრო მეტი ალბათობით ხორციელდება ბორის ფთორიდში. შესაბამისად, ბმაც X3B-L უფრო სუსტია ფთორის შემთხვევაში. შესაბამისად, ბორის ფთორიდის უფრო სუსტი მჟავიანობა ლიუისის მიხედვით აიხსნება სწორედ ამ ბმის სისუსტით შესაბამის ადუქტებში F3B-L.[13][14] 

ჰიდროლიზი[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ბორის ფთორიდი განიცდის ჰიდროლიზს წყლის გარემოში. რეაქცია იწყება აკვა-ადუქტის, H2O-BF3 -ის მიღებით, რომელიც შემდეგ კარგავს ფთორწყალბადს, იძლევა რა ტეტრაფთორბორის მჟავას და ბორის მჟავას (ჰიდროქსიდს).[15]

4 BF3 + 3 H2O → 3 HBF4 + "B(OH)3"

უფრო მძიმე ტრიჰალოგენიდები ანალოგიურ რეაქციებში არ შედის, ნაწილობრივ იმის გამო, რომ ტეტრაედრული იონები HBX4 (X=Cl, Br) ნაკლებად მდგრადია.

ტეტრაფთორბორის მჟავის მაღალი მჟავიანობის გამო, ტეტრაფთორბორატის იონი შეიძლება იმგვარი განსაკუთრებით ელექტროფილური კათიონების გამოსაყოფად გამოვიყენოთ, როგორიცაა დიაზონიუმის იონები (R-N2+ X, სადაც R ალკილის, არილის ან სხვა ორგანული რადიკალია), რომელთა გადაყვანა მყარ ფაზაში შესაძლოა სხვა მეთოდით გაძნელებულიყო. 

ძირითადი გამოყენებები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ბორის ფთორიდის ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენებაა ორგანული ქიმიის რეაგენტად, ტიპურ შემთხვევაში, ლიუისის მჟავად. მაგალითად, იგი:[16][17]

  • ინიციატორია პოლიმერიზაციის რეაქციისა უჯერი ნაერთებისათვის, როგორებიცაა პოლიეთერები;
  • კატალიზატორია ზოგიერთი იზომერიზაციის, ალკილირების, ესთერიფიკაციის, კონდენსაციის, მუკაიამას ალდოლური მიერთების და სხვა რეაქციებში.[18][საჭიროებს წყაროს მითითებას]

სპეციფიკური გამოყენებები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

აღმოჩენის ისტორია[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ბორის ფთორიდი აღმოჩენილი იქნა 1808 წელს ჟოზეფ გეი-ლუსაკის და ლუი ჟაკ თენარის მიერ, რომლებიც ცდილობდნენ მლღობი მჟავას (ფთორწყალბადმჟავას) მიღებას კალციუმის ფთორიდის შერევით ვიტრიფიცირებულ ბორის მჟავასთან. ამ რეაქციით მიღებულმა აირებმა ვერ შეჭამეს მინა, ასე რომ ისინი ცალკე ნაერთად იქნა იდენტიფიცირებული სახელწოდებით: ფთორ-ბორული აირი.[19][20]

შენიშვნები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ევროკავშირის ტერიტორიაზე ბორის ფთორიდის იარლიყებზე უნდა იქნას ნაჩვენები შემდეგი დამატებითი შეტყობინებაც საფრთხის თაობაზე (EUH014): ინტენსიურად რეაგირებს წყალთან.

სქოლიო[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

  1. "NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0062". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)
  2. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9.
  3. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9.
  4. Gillespie, Ronald J. (1998). "Covalent and Ionic Molecules: Why Are BeF2 and AlF3 High Melting Point Solids whereas BF3 and SiF4 Are Gases?". Journal of Chemical Education 75 (7): 923. .
  5. Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001). Inorganic Chemistry. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5. 
  6. Brotherton, R. J.; Weber, C. J.; Guibert, C. R.; Little, J. L. (2005), "Boron Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a04_309
  7. Flood, D. T. (1933). "Fluorobenzene". Org. Synth. 13: 46.; Coll. Vol. 2, p. 295
  8. 8.0 8.1 Brauer, Georg (1963). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry Vol. 1, 2nd Ed.. Newyork: Academic Press, გვ. 220 & 773. ISBN 978-0121266011. 
  9. (1999) რედ. Yaws, C. L.: Chemical Properties Handbook. McGraw-Hill, გვ. 25. 
  10. Boron trifluoride. Gas Encyclopedia. Air Liquide.
  11. Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Inorganic Chemistry (6th ed.), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
  12. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9.
  13. Boorman, P. M.; Potts, D. (1974). "Group V Chalcogenide Complexes of Boron Trihalides". Canadian Journal of Chemistry 52 (11): 2016–2020. .
  14. Brinck, T.; Murray, J. S.; Politzer, P. (1993). "A Computational Analysis of the Bonding in Boron Trifluoride and Boron Trichloride and their Complexes with Ammonia". Inorganic Chemistry 32 (12): 2622–2625. .
  15. Wamser, C. A. (1951). "Equilibria in the System Boron Trifluoride–Water at 25°". Journal of the American Chemical Society 73 (1): 409–416. .
  16. Brotherton, R. J.; Weber, C. J.; Guibert, C. R.; Little, J. L. (2005), "Boron Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a04_309
  17. Heaney, H. (2001). "Boron Trifluoride". Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. doi:10.1002/047084289X.rb250. ISBN 0-471-93623-5.
  18. 18.0 18.1 Boron Trifluoride (BF3) Applications. Honeywell.
  19. Gay-Lussac, J. L.; Thénard, L. J. (1809). "Sur l’acide fluorique". Annales de Chimie 69: 204–220.
  20. Gay-Lussac, J. L.; Thénard, L. J. (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. http://books.google.com/books?id=Nl87AAAAcAAJ&pg=PA317.

გარე ბმულები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]