El trifluoruro de boro es un compuesto inorgánico con la fórmula BF 3 . Este gas picante, incoloro y tóxico forma humos blancos en el aire húmedo. Es un ácido de Lewis útil y un componente básico versátil para otros compuestos de boro .
La geometría de una molécula de BF 3 es trigonal plana . Su simetría D 3h se ajusta a la predicción de la teoría VSEPR . La molécula no tiene momento dipolar en virtud de su alta simetría. La molécula es isoelectrónica con el anión carbonato, CO 2−3.
Al BF3 se lo suele denominar " deficiente en electrones ", una descripción que se refuerza 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 un enlace π B–X más fuerte en el fluoruro. Una explicación fácil invoca la superposición permitida por la simetría de un 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 apuntan a la naturaleza iónica de los enlaces en BF 3 . [8]
El BF3 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] Se producen aproximadamente entre 2300 y 4500 toneladas de trifluoruro de boro cada año. [10]
Para reacciones a escala de laboratorio, el BF3 generalmente se produce in situ utilizando eterato de trifluoruro de boro , que es un líquido disponible comercialmente.
Existen numerosas vías de laboratorio para obtener materiales libres de disolventes. Una vía bien documentada implica la descomposición térmica de 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 solo entre esas temperaturas. Los recipientes de almacenamiento o transporte deben estar diseñados para soportar la presión interna, ya que una falla del sistema de refrigeración podría hacer que las presiones aumenten 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 grasas a base de hidrocarburos. [14]
A diferencia de los trihaluros de aluminio y galio, los trihaluros de boro son todos monoméricos y experimentan reacciones rápidas de intercambio de haluro:
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 el fluoruro y los éteres :
Las sales de tetrafluoroborato se emplean comúnmente como aniones no coordinantes . El aducto con éter dietílico , dietil eterato de trifluoruro de boro o simplemente eterato de trifluoruro de boro ( BF3O ( CH2CH3 ) 2 ) es un líquido que se maneja fácilmente y, en consecuencia, se encuentra ampliamente como una fuente de laboratorio de BF3 . [ 15] Otro aducto común es el aducto con sulfuro de dimetilo ( BF3S ( CH3 ) 2 ) , que se puede manejar como un líquido puro. [16]
Los tres trihaluros de boro más ligeros, BX 3 (X = F, Cl, Br), forman aductos estables con bases de Lewis comunes. Sus acideces de Lewis relativas se pueden evaluar en términos de las exotermicidades relativas de la reacción de formación del aducto. Dichas 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 planar que se perdería con 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 solitario de electrones en p z de F se dona y se superpone fácilmente al orbital p z vacío del boro. Como resultado, la donación 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 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 en cada lado de ese plano. Esto da como resultado regiones de enlace y antienlace dentro del mismo enlace, lo que disminuye la superposición efectiva y, por lo tanto, reduce el bloqueo de la acidez por donación de π. [20]
El trifluoruro de boro reacciona con agua para formar ácido bórico y ácido fluorobórico . La reacción comienza con la formación del aducto acuoso, H2O −BF3 , que luego pierde HF y da lugar al ácido fluorobórico con trifluoruro de boro. [21]
Los trihaluros más pesados no experimentan 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 electrofílicos, como los iones diazonio , que de otro modo son difíciles de aislar como sólidos.
El trifluoruro de boro se utiliza principalmente como reactivo en síntesis orgánica , normalmente como ácido de Lewis . [10] [22] Algunos 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 , quienes intentaban aislar el "ácido fluorhídrico" (es decir, el ácido fluorhídrico ) combinando fluoruro de calcio con ácido bórico vitrificado . Los vapores resultantes no lograron grabar el vidrio, por lo que lo llamaron gas fluorobórico . [26] [27]
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