ბორის ფთორიდი

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 

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 ბმებისათვისGreenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9., 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.Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9.  სხვა წყაროები მიუთითებენ ბორის ფთორიდში ბმების იონურ ბუნებაზე.   

100px|Boron trifluoride pi bonding diagram

 სინთეზი და შენახვა 

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). ყოველწლიურად 2300-4500 ტონა ბორის ფთორიდი მიიღება მთელ მსოფლიოში.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 

ლაბორატორიულად, ბორის ფთორიდს იღებენ ხოლმე დიაზონიუმის მარილების თერმული დაშლით:Flood, D. T. (1933). "Fluorobenzene". Org. Synth. 13: 46.; Coll. Vol. 2, p. 295

PhN2BF4  →  PhF  +  BF3  +  N2

სადაც Ph _ ფენოლის ბირთვია, ხოლო PhF = C6H5F. 

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

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.

 რეაქციები 

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 

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: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

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

π-ბმების ფარდობითი ძალის შეფასების კრიტერიუმები მაინც ნათელი არაა.Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9. 

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. 

 ჰიდროლიზი 

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).

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 

ბორის ფთორიდის ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენებაა ორგანული ქიმიის რეაგენტად, ტიპურ შემთხვევაში, ლიუისის მჟავად. მაგალითად, იგი: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_309Heaney, H. (2001). "Boron Trifluoride". Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. doi:10.1002/047084289X.rb250. ISBN 0-471-93623-5. ინიციატორია პოლიმერიზაციის რეაქციისა უჯერი ნაერთებისათვის, როგორებიცაა პოლიეთერები.

 სპეციფიკური გამოყენებები 

 დოპანტი იონურ იმპლანტაციაში;
 p-ტიპის დოპანტი ეპიტაქსიალურად მზარდი სილიკონისთვის;
 ნეიტრონის მგრძნობიარე დეტექტორი იონიზაციურ კამერებში იმ ხელსაწყოებისათვის, რომლებიც დედამიწის ატმოსფეროს რადიაციის დონეს საზღვრავენ;
 ფუმიგაციაში; 
 მაგნიუმის შედნობაში ფლუქსის სახით; 
 დიბორანის წარმოებაში.

 აღმოჩენის ისტორია 

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.

შენიშვნები

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

რესურსები ინტერნეტში







სქოლიო

კატეგორია: არაორგანული ქიმია
კატეგორია:ფთორიდები
კატეგორია:ბორის ნაერთები
კატეგორია:ბორის ჰალოგენიდები
კატეგორია:საწარმოო აირები