Trifluoruro di boro

Trifluoruro di boro
Nome IUPAC
trifluoruro di boro
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	BF3
Massa molecolare (u)	67,81
Aspetto	gas incolore
Numero CAS	7637-07-2
Numero EINECS	231-569-5
PubChem	6356
SMILES	B(F)(F)F
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
pericolo
Frasi H	280 - 314 - 330 - EUH014
Consigli P	260 - 280 - 284 - 305+351+338 - 310 - 410+403 [1]
Modifica dati su Wikidata · Manuale

Il trifluoruro di boro (noto come trifluoro-borano nella vecchia nomenclatura) è il composto chimico di formula ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$. 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.

I trialogenuri di boro sono composti molecolari monomerici, a differenza dei trialogenuri di alluminio. Miscele di alogenuri diversi scambiano molto rapidamente gli alogeni:

${\displaystyle {\ce {BF3 + BCl3 <=> BF2Cl + BCl2F}}}$

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 ${\displaystyle {\ce {BF_3}}}$ è trigonale planare. La simmetria ${\displaystyle {\ce {D_{3h}}}}$ 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. ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ è una tipica molecola elettron-deficiente, come avvalorato dal fatto che reagisce facilmente con basi di Lewis.

Nei trialogeno composti ${\displaystyle {\ce {BX3}}}$ la distanza di legame tra boro e alogeno è più piccola di quella che ci si aspetterebbe per un legame singolo;^[2] 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 ${\displaystyle p}$ dell'atomo di boro centrale con una combinazione dei tre orbitali ${\displaystyle p}$ con la stessa orientazione presenti sugli atomi di fluoro.^[2]

${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ è preparato industrialmente trattando a caldo ossido di boro o borati con fluorite e con acido solforico concentrato:^[3]

${\displaystyle {\ce {B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 -> 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O}}}$

In laboratorio si può produrre ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ per decomposizione termica del tetrafluoroborato di diazonio (reazione di Schiemann):^[4]

${\displaystyle {\ce {PhN2BF4 -> PhF + BF3 + N2}}}$

Il trifluoruro di boro è un acido di Lewis molto versatile e forma addotti con basi di Lewis come fluoruri ed eteri:

${\displaystyle {\ce {CsF + BF3 -> CsBF4}}}$

${\displaystyle {\ce {O(C2H5)2 + BF3 -> BF3O(C2H5)2}}}$

L'anione tetrafluoroborato (${\displaystyle {\ce {BF4^-}}}$) 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 ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$.

Tutti e tre i trialogenuri di boro, ${\displaystyle {\ce {BX_3}}}$ (${\displaystyle {\ce {X = F, Cl, Br}}}$) 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:

${\displaystyle {\ce {BF3 < BCl3 < BBr3}}}$ (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 ${\displaystyle {\ce {BX3}}}$ alla forma tetraedrica nell'addotto formato,^[5] quantità che varia nell'ordine:

${\displaystyle {\ce {BF3 > BCl3 > BBr3}}}$ (diventa più facilmente tetraedrico)

I criteri per valutare le forze relative del legame π non sono però del tutto chiari.^[2]
Una possibile interpretazione considera che, essendo l'atomo di fluoro più piccolo di quello di bromo, la coppia elettronica dell'orbitale ${\displaystyle p_{z}}$ del fluoro può dare maggiore sovrapposizione con l'orbitale ${\displaystyle p_{z}}$ vuoto del boro. Di conseguenza, in ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ il contributo ${\displaystyle \pi }$ al legame è maggiore rispetto a ${\displaystyle {\ce {BBr3}}}$.

In un'altra interpretazione, la minor acidità di Lewis di ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ è attribuita alla relativa debolezza del legame che si forma nell'addotto ${\displaystyle {\ce {F3B-L}}}$.^[6][7]

Il trifluoruro di boro reagisce con l'acqua in modo incompleto, formando tetrafluoroborati e acido borico.

${\displaystyle {\ce {4 BF3 + 3 H2O -> 3 H+ + 3 BF4- + B(OH)3}}}$

Gli altri alogenuri sono invece completamente idrolizzati in acqua, senza formare lo ione tetraedrico ${\displaystyle {\ce {BX4^-}}}$. Ad esempio:

${\displaystyle {\ce {BCl3 + 3 H2O -> 3 HCl + B(OH)3}}}$

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 ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ reagisce con i grassi a base idrocarburica.^[8]

Nella maggior parte dei casi ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ 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 ${\displaystyle {\ce {BF3}}}$ viene consumato. Ad esempio:

${\displaystyle {\ce {PhH + RX + BF3 -> Ph-R + H+ + BF3X-}}}$

• 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
• rilevazione di neutroni termici usato come gas del contatore proporzionale sfruttando l'alta sezione d'urto di assorbimento del boro con i neutroni a bassa energia.

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Trifluoruro di boro

• https://www.osha.gov/dts/chemicalsampling/data/CH_221700.html
• https://web.archive.org/web/20090310182250/http://www.cdc.gov/niosh/ipcsneng/neng0231.html
• National Pollutant Inventory - Boron and compounds fact sheet, su npi.gov.au. URL consultato il 4 marzo 2009 (archiviato dall'url originale il 9 febbraio 2006).
• National Pollutant Inventory - Fluoride and compounds fact sheet, su npi.gov.au. URL consultato il 4 marzo 2009 (archiviato dall'url originale il 16 gennaio 2006).
• WebBook page for BF3, su webbook.nist.gov. URL consultato il 4 marzo 2009 (archiviato dall'url originale il 13 dicembre 2020).

Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia