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化合物 来自维基百科,自由的百科全书
三氟化硼是化学式为BF3的无机化合物,室温下为无色气体,在潮湿空气中发烟。它是很常用的路易斯酸,也常用于制取其它硼化合物。
三氟化硼 | |||
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识别 | |||
CAS号 | 7637-07-2 13319-75-0(二水) | ||
PubChem | 6356 | ||
ChemSpider | 6116 | ||
SMILES |
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UN编号 | Compressed: 1008. Boron trifluoride dihydrate: 2851. | ||
EINECS | 231-569-5 | ||
ChEBI | 33093 | ||
RTECS | ED2275000 | ||
性质 | |||
化学式 | BF3 | ||
摩尔质量 | 67.8062 g·mol⁻¹ | ||
密度 | 2.178 * 103 | ||
熔点 | −126 °C | ||
沸点 | −100.3 °C | ||
溶解性(水) | 无水物剧烈分解[1] 二水物极易溶 | ||
溶解性 | 可溶于苯、甲苯、己烷、氯仿和二氯甲烷 | ||
危险性 | |||
欧盟危险性符号 | |||
警示术语 | R:R14, R26, R35 | ||
安全术语 | S:S1/2, S9, S26, S28, S36/37/39, S45 | ||
NFPA 704 | |||
闪点 | 非易燃 | ||
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。 |
与铝三卤化物不同的是,硼的三卤化物都是单体。但快速的卤素交换反应表明它们也可以发生可逆的二聚反应:
但混合卤化物难以分离出纯净物。
BF3中,硼原子为sp2杂化,分子为平面三角形结构,D3h对称群,与价层电子对互斥理论的预测相吻合。尽管B-F键是极性共价键,但其分子对称性抵消了偶极矩,使得偶极矩为0。它与碳酸根离子(CO32−)是等电子体,但不同的是,BF3是缺电子化合物,与路易斯碱反应放热。
BF3中的B-F键长(1.30 Å)比预测的单键键长要短,[2] 可能是由于存在大π键的缘故。由于三氟化硼是平面结构,因此硼的空p轨道可与三个氟原子的满p轨道共轭,发生电子离域,从而键长变短。[2]
但以上方法产率很低,现在基本上是通过以下两步反应来制取:
实验室中,BF3可由氟硼酸重氮盐分解制得:[4]
前三个三卤化硼(BX3,X = F、Cl、Br)都可与常见路易斯碱形成加合物,根据反应放热程度可大概推知它们路易斯酸性的强弱。结果为:
这个顺序表明了三卤化硼从平面大π键变为四面体结构的难易程度,[5] 即BBr3最易,而BF3最难。
但其中的大π键强度并不容易衡量。[2] 有一个解释是,氟原子最小,因此Pz轨道中的孤对电子很容易与硼的空Pz轨道重叠。也因此BF3中的反馈作用比BI3更强。另一个解释认为,BF3路易斯酸性较弱是因为加合物中F3B-L键能低。[6][7]
三氟化硼与水反应生成硼酸和氟硼酸。反应一开始生成与水的加合物H2O-BF3,然后失HF:
其它的三卤化硼不发生类似的反应,很可能是由于四面体型离子BX4−(X = Cl、Br)不稳定。
由于氟硼酸酸性很强,常用氟硼酸根离子来分离一些用其他方法难以分离的亲电性阳离子,尤其是重氮根离子。
三氟化硼是有机合成中常用的路易斯酸,其机理可能是因为生成了离子型中间产物。[8]
实际情况中,很有可能以上的离子型中间体以离子对或络合物的形式出现。
三氟化硼具有腐蚀性,可以用含不锈钢、蒙乃尔合金和哈斯特合金的金属材料来处理。但在水存在时,它会腐蚀包括不锈钢在内的钢铁。
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