Il trifluoruro di boro ha formula BF3 e geometria planare in cui il boro direziona tre orbitali ibridi secondo angoli di 120°. Il boro ha configurazione elettronica 1s2, 2s2, 2p1 e, a seguito della promozione di un elettrone dall'orbitale 2s all'orbitale 2p, presenta tre elettroni spaiati formando 3 orbitali ibridi sp2.
Nonostante l'elevata differenza di elettronegatività tra boro e fluoro che si legano tramite legame covalente polare, a causa della simmetria della molecola, il fluoruro di boro è una molecola apolare.
Proprietà
Il trifluoruro di boro si presenta come un gas non infiammabile, dall'odore pungente e tossico per inalazione se è anidro mentre il trifluoruro di boro diidrato si presenta liquido.
Idrolizza lentamente in acqua fredda per dare acido fluoridrico e acido borico secondo la reazione:
BF3 + 3 H2O → 3 HF + H3BO3
È solubile in acido solforico, benzene, toluene, esano, cloroformio e diclorometano.
Il trifluoruro di boro che è un acido di Lewis è una molecola elettrondeficiente forma legami coordinati con donatori di elettroni dando complessi come il tetrafluoroborato che si ottiene per secondo la reazione:
BF3 + F– → [BF4–]
Sintesi
Il trifluoruro di boro fu ottenuto per la prima volta nel 1808 dai chimici francesi Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard per reazione tra fluoruro di calcio e acido borico secondo la reazione:
2 H3BO3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 → 2 BF3 + 3 CaSO4 + 6 H2O
Il trifluoruro di boro viene ottenuto tramite diverse vie sintetiche:
- Per reazione ad alta temperatura del triossido di boro in presenza di fluoruro di calcio e acido solforico concentrato:
B2O3 + 3 CaF2 + 3 H2SO4 → 2 BF3 + 3 CaSO4 + 3 H2O
- Per reazione del triossido di boro in presenza di carbonio e fluoro:
B2O3 + 3 C + 3 F2 → 2 BF3 + 3 CO
- Per decomposizione termica del tetrafluoroborato di fenildiazonio con ottenimento di fluorobenzene e azoto. Questa reazione è utilizzata prevalentemente per ottenere il trifluoruro di boro in laboratorio:
C6H5N≡N+ [BF4–] → BF3 + C6H5F + N2
Reazioni
Il trifluoruro di boro reagisce con:
- Sodio boroidruro per dare diborano e tratrafloroborato di sodio:
4 BF3 + 3 NaBH4 → 2 B2H6 + 3 NaBF4
2 BF3 + 6 NaH → B2H6 + 6 NaF
- Solfuro di litio per dare solfuro di boro e fluoruro di litio
2 BF3 + 3 Li2S → B2S3 + 6 LiF
- Ammoniaca che agisce da base di Lewis secondo una reazione acido-base per formare un addotto:
BF3 + NH3 → H3N-BF3
Usi
Il trifluoruro di boro può essere usato come:
- acido di Lewis nelle reazioni di alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts
- iniziatore di reazioni di polimerizzazione delle olefine
- catalizzatore nelle reazioni di isomerizzazione
- cracking degli idrocarburi
- dopante di tipo p nella fabbricazione di semiconduttori
