El trifluoruro de boro es el compuesto inorgánico de fórmula BF 3 . Este gas picante, incoloro y tóxico forma vapores blancos en el aire húmedo. Es un ácido de Lewis útil y un componente versátil para otros compuestos de boro .
La geometría de una molécula de BF 3 es plana trigonal . Su simetría D 3h se ajusta a 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, CO. 2-3.
Al BF 3 se le conoce comúnmente como " deficiente en electrones ", descripción que se ve reforzada por su reactividad exotérmica hacia las bases de Lewis .
En los trihaluros de boro , BX 3 , la longitud de los enlaces B-X (1,30 Å) es más corta de lo que se esperaría para enlaces simples, [7] y esta brevedad puede indicar enlaces π B-X más fuertes en el fluoruro. Una explicación sencilla invoca la superposición permitida por la simetría del orbital p 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 BF 3 . [8]
BF 3 se fabrica mediante la reacción de óxidos de boro con fluoruro de hidrógeno :
Normalmente, el HF se produce in situ a partir de ácido sulfúrico y fluorita ( CaF 2 ). [9] Cada año se producen aproximadamente entre 2.300 y 4.500 toneladas de trifluoruro de boro. [10]
Para reacciones a escala de laboratorio, el BF 3 generalmente se produce in situ utilizando eterato de trifluoruro de boro , que es un líquido disponible comercialmente.
Las rutas de laboratorio hacia los materiales libres de disolventes son numerosas. Una ruta bien documentada implica la descomposición térmica de las sales de diazonio de [BF 4 ] − : [11]
Alternativamente surge de la reacción de tetrafluoroborato de sodio , trióxido de boro y ácido sulfúrico : [12]
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 puede almacenarse como líquido refrigerado sólo entre esas temperaturas. Los recipientes de almacenamiento o transporte deben diseñarse para resistir la presión interna, ya que una falla del sistema de refrigeración podría causar que la presión aumente hasta la presión crítica de 49,85 bar (4,985 MPa). [13]
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 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 que contienen hidrocarburos. [14]
A diferencia de los trihaluros de aluminio y galio, los trihaluros de boro son todos monoméricos . Sufren reacciones rápidas de intercambio de haluros:
Debido a la facilidad de este proceso de intercambio, los haluros mixtos no pueden obtenerse en forma pura.
El trifluoruro de boro es un ácido de Lewis versátil que forma aductos con bases de Lewis como fluoruro y éteres :
Las sales de tetrafluoroborato se emplean comúnmente como aniones no coordinantes . El aducto con éter dietílico , eterato dietílico de trifluoruro de boro o simplemente eterato de trifluoruro de boro ( BF 3 ·O(CH 2 CH 3 ) 2 ) es un líquido que se manipula convenientemente y, en consecuencia, se encuentra ampliamente como fuente de BF 3 en el laboratorio . [15] Otro aducto común es el aducto con sulfuro de dimetilo ( BF 3 ·S(CH 3 ) 2 ), que puede manipularse como un líquido puro. [dieciséis]
Los tres trihaluros de boro más ligeros, BX 3 (X = F, Cl, Br) forman aductos estables con bases de Lewis comunes. Sus acidez de Lewis relativa se pueden evaluar en términos de las exotérmicas relativas de la reacción de formación de aductos. Tales mediciones han revelado la siguiente secuencia para la acidez de Lewis:
Esta tendencia se atribuye comúnmente al grado de enlace π en el trihaluro de boro plano que se perdería tras la piramidalización de la molécula BX 3 . [17] que sigue esta tendencia:
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 más grandes de Cl y Br. 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 solitarios en p z de F se dona fácil y fácilmente y se superpone al orbital p z vacío del boro. Como resultado, la donación de pi de F es mayor que la de Cl o 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 . [18] [19]
Otra explicación más podría encontrarse en el hecho de que los orbitales p z en cada período superior tienen un plano nodal adicional y signos opuestos de la función de onda a cada lado de ese plano. Esto da como resultado regiones enlazantes y antienlazantes dentro del mismo enlace, lo que disminuye la superposición efectiva y, por lo tanto, reduce el bloqueo de la acidez donante de π. [20]
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 que da ácido fluorobórico con trifluoruro de boro. [21]
Los trihaluros más pesados no sufren reacciones análogas, posiblemente debido a la menor estabilidad de los iones tetraédricos [BCl 4 ] − y [BBr 4 ] − . Debido a la alta acidez del ácido fluorobórico, el ion fluoroborato se puede utilizar para aislar cationes particularmente electrófilos, como los iones diazonio , que de otro modo serían difíciles de aislar como sólidos.
El trifluoruro de boro se utiliza principalmente como reactivo en síntesis orgánica , típicamente como ácido de Lewis . [10] [22] Los ejemplos incluyen:
Otros usos menos comunes del trifluoruro de boro incluyen:
El trifluoruro de boro fue descubierto en 1808 por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard , que intentaban aislar el "ácido fluórico" (es decir, ácido fluorhídrico ) combinando fluoruro de calcio con ácido bórico vitrificado . Los vapores resultantes no lograron grabar el vidrio, por lo que lo llamaron gas fluobórico . [26] [27]
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