Monofluorid boritý - Boron monofluoride monoxide - Wikipedia

Oxyfluorid boru
Jména
Název IUPAC
Fluor (oxo) boran
Ostatní jména
fluorid boritý monoxid
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Vlastnosti
BFÓ
Molární hmotnost45.81 g · mol−1
VzhledPlyn
Termochemie
48,0 ± 3,0 kcal / mol[1]
Související sloučeniny
Související oxyhalogenidy
oxychlorid boritý
Související sloučeniny
fluorid boritý
oxid boritý
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Monofluorid boritý nebo oxoborylfluorid[2] nebo fluoroxoboran je nestabilní anorganická molekulární látka se vzorcem FBO. Také se tomu říká oxid boritý, fluor (oxo) boran nebo fluoro-oxoboran. Molekula je stabilní při vysokých teplotách, ale pod 1000 ° C kondenzuje na trimer (BOF)3 volala trifluoroboroxin. FBO lze izolovat jako triatomickou nekovovou molekulu v an matice inertního plynu a byl kondenzován v pevném neonu a argonu.[3] Při pokusu o hromadnou kondenzaci plynu na pevnou látku se vytvoří polymerní sklo, které má nedostatek fluoridu a při zahřátí vytvoří sklovitou pěnu jako popcorn.[4][5] Oxid fluoridu boritého byl studován z důvodu jeho výroby v raketových palivech s vysokou energií, která obsahují bór a fluor, a ve formě oxyfluoridového skla. Sklo BOF je neobvyklé v tom, že může kondenzovat přímo z plynu.[6]

Vlastnosti

Monomer

Molekula FBO je lineární se strukturou F-B = O. Délka vazby F-B je 1,283 Á a vazba B-O je 1,207 cm−1A.[7]

Infračervené spektrum BFO má vibrační pásma na 1900, 1050 a 500 cm−1.[8]Spektroskopické konstanty 10Molekuly BFO jsou B = 9349,2711 MHz D = 3,5335 kHz a pro 11Molekula BFO jsou B = 9347,3843 MHz D = 3,5273 kHz[9]Monomer je stabilní buď při nízkých tlacích, nebo při teplotách nad 1 000 ° C. Pod touto teplotou se monomery sdružují a vytvářejí trimer[10] trifluoroboroxol.[11]

Teplo formace Hf, 298 Předpokládá se -146,1 kcal / mol. Protonová afinita 149,6 kcal / mol.[12]

Trimer

Pokud je horký plyn BFO pomalu ochlazován, dismutuje zpět na B2Ó3 a BF3.[13] Při pokojové teplotě je tato dismutace dokončena za hodinu.[13]

Oxid fluoridu boritého tvoří trimer s kruhem složeným ze střídajících se atomů kyslíku a boru, s fluorem vázaným k boru. (BFO)3. Prstencová struktura ji řadí do třídy boroxoly.[14] Toto se také nazývá trifluoroboroxin. Trimr je převládající formou plynu při 1000 K.[13] Při zahřátí na 1200 K se většinou převádí na monomer BFO.[13]Oxyfluorid boritý lze kondenzovat z páry na sklo s nedostatkem fluoru při teplotách pod 190 ° velmi rychlým ochlazením. Při zahřátí má tento nános teplotu, při které ztrácí více BF3 za vzniku pěnivé nebo porézní sklenice, která připomíná popcorn. Sklo uložené při nižších teplotách má vyšší podíl fluoru. Předpokládá se, že ložiska při -40 ° C mají poměr fluoru k kyslíku 1: 1.[5] Pod -135 ° (BFO)3 je stabilní.[15]

Teplo vzniku trimeru z monomeru (BFO)3 → 3BFO je 131 kcal / mol.[16]

Sklenka

Sklo oxyfluoridu boru je průhledné a bezbarvé. Je stabilní na suchém vzduchu, ale je hygroskopický a na normálním vzduchu zbělá a neprůhledná. Při zahřátí sklo narazí na teplotu skelného přechodu (TG) při kterém přestává být sklem a vyrábí BF3 zůstane plyn a oxyfluorid boritý s menším obsahem fluoru. Tato teplota skelného přechodu se určuje od místa, kde je tlak BF3 vyrobené překračuje pevnost skla. Hypotetická struktura skla BOF je tvořena dlouhými řetězci B-O-B-O s fluorem připojeným ke každému boru. Ty lze považovat za BO2F trojúhelníky spojené v řetězci atomy O. Tyto řetězy jsou ve skle zamotané jako špagety. Když látka ztratí fluor, dojde mezi řetězci k zesíťování s kyslíkem a stane se více dvourozměrnou strukturou.[17] BF3 se vytvoří, když se svorky dvou lineárních (BF) O řetězců spojí.[6] Tyto konce obsahují -O-BF2, a když se dva setkají, BF3 lze eliminovat a řetěz prodloužit kyslíkem.[18]

Výskyt

Očekává se, že BFO se bude tvořit v produkci supernov II v plynu mezi 1 000 a 2 000 ° C a tlaky kolem 10−7 bar.[19]

Příprava

Otto Ruff si všiml, že směs BF3 a SiF4 procházející roztaveným B2Ó3 produkoval nějaký SiO2 a přerozděleny B2Ó3 do chladných částí reakční trubice. Spekuloval, že musí existovat nějaký tepelně stabilní meziprodukt, který se při chlazení převede zpět na původní komponenty.[20][21]Paul Baumgarten a Werner Bruns vyrobil trimér oxyfluoridu boru průchodem BF3 přes pevné B2Ó3 při 450 ° C. Jejich experimentem bylo pokusit se reagovat BF3 s různými oxidy. Oznámili tento nález v roce 1939.[20][22]

BFO je meziprodukt při hydrolýze BF3 spolu s BF (OH)2, BF2OH a kyselina boritá.

  • BF3 + H2O → BFO + 2HF;
  • BF2OH → BFO + HF;
  • BF (OH)2 → BFO + H2Ó[23]

Dalším způsobem, jak lze vyrobit BFO, je odpařit B.2Ó3 s BF3.[5]

Když BF3 je ohříván vzduchem, plyn BFO převládá od 2 800 ° do 4 000 ° C, maximálně při 3 200 °. Nad 4000 ° C BO dominuje.[8]

Hot BF3 přešel přes některé oxidy, jako je SiO2 tvoří BFO.[24] Další oxidy, které mohou poskytnout oxyfluorid boritý, jsou oxid hořečnatý, oxid titaničitý, uhličitany nebo oxid hlinitý.[25]

V plazmatické fázi HF reaguje s BO2H+
2, B2ACH+, B3Ó+
4, B2Ó+
4, B2Ó+
2, B2ACH+ vyrábět FBO a další produkty včetně FBOH a FBO+.[26]

Příbuzný

Molekula B-O-F teoreticky existuje, ale uvolní energii, když se přeskupí na F-B-O.[27][28]Příbuznou molekulou je BOF2.[29] Molekuly příbuzné trimeru zahrnují B3Ó3ClF2, B3Ó3Cl2F a (BOCl)3.[30]

Předpokládá se, že FBO bude schopen vložit ušlechtilý plyn atomy mezi atomem fluoru a boru poskytující FArBO, FKrBO a FXeBO. Předpokládá se, že molekuly budou lineární.[31]

Použití

Lze použít oxyfluorid boru nudný ocel. Použitím plynu je zabráněno ulpívání pevných látek na oceli. Tato metoda také umožňuje kontrolu koncentrace boru a většinou forem Fe2B místo křehčího FeB.[25]Při spalování boru se uvolňuje mnoho energie, a proto se zkoumá jeho použití ve výbušninách nebo v palivech. Aby se maximalizoval energetický výdej, k reakci se používá jak fluoru, tak kyslíku, a tak se tvoří FBO a příbuzné molekuly, které mohou být ve výfukových plynech.[26]

Reference

  1. ^ „Boron monofluoride monoxide“. NIST. Citováno 20. května 2015.
  2. ^ Kuchitsu, Kozo (09.03.2013). Struktura volných polyatomových molekul: základní data. Springer Science & Business Media. p. 28. ISBN  9783642457487.
  3. ^ Jacox, Marilyn E. (prosinec 1994). „Hladiny vibrační energie malých přechodných molekul izolovaných v neonových a argonových matricích“. Chemická fyzika. 189 (2): 149–170. doi:10.1016 / 0301-0104 (94) 00143-X.
  4. ^ Boussard-Plédel, Catherine; Le Floch, Marie; Fonteneau, Gilles; Lucas, Jacques (červenec 1997). „Depozice parní fáze pěnivých skelných materiálů obsahujících fluorid boritý“. Bulletin materiálového výzkumu. 32 (7): 805–811. doi:10.1016 / S0025-5408 (97) 00050-0.
  5. ^ A b C Boussard-Plédel, Catherine; Le Floch, Marie; Fonteneau, Gilles; Lucas, Jacques; Sinbandhit, Sourisak; Shao, J .; Angell, C. A.; Emery, Joël; Buzaré, J.Y. (Únor 1997). „Struktura skla s fluoridem boritým, anorganický zesítěný polymer polymeru“. Časopis nekrystalických pevných látek. 209 (3): 247–256. doi:10.1016 / S0022-3093 (96) 00548-0.
  6. ^ A b Polishchuk, S. A .; Ignat’eva, L. N .; Marchenko, Yu. PROTI.; Bouznik, V. M. (5. března 2011). "Oxyfluoridové brýle (recenze)". Fyzika a chemie skla. 37 (1): 1–20 (14). doi:10.1134 / S108765961101010X. S2CID  97609959.
  7. ^ Kawashima, Yoshiyuki; Kawaguchi, Kentarou; Endo, Yasuki; Hirota, Eizi (1987). "Infračervený diodový laser a mikrovlnná spektra a molekulární struktura nestabilní molekuly, FBO". The Journal of Chemical Physics. 87 (4): 2006. doi:10.1063/1.453175.
  8. ^ A b Yoder, M.John (prosinec 1974). "Studie vysokého teplotního oblouku infračerveného záření z oxidů boru a wolframu". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 14 (12): 1317–1328. doi:10.1016/0022-4073(74)90100-9.
  9. ^ Vrátnice, Bethany; Müller, Holger S.P .; Gerry, Michael C.L. (Červenec 1998). „Hyperjemné konstanty a jaderné štíty z mikrovlnného spektra FBO, ClBO a FBS“. Journal of Molecular Spectroscopy. 190 (1): 157–167. doi:10.1006 / jmsp.1998.7565. PMID  9645936.
  10. ^ Farber, M .; Blauer, J. (1962). "Teplo formace a entropie BOF". Transakce Faradayovy společnosti. 58: 2090. doi:10.1039 / TF9625802090.
  11. ^ Thevenot, Francois H. J .; Goeuriot, Patrice M. V .; Řidič, Julian H .; Lebrun, Jean-Paul R. (1982). „Přístroje na boronizaci kusů vyrobených z kovu nebo cermetu a povrchově upravených kusů“.
  12. ^ Nguyen, Minh Tho; Vanquickenborne, L. G .; Sana, Michel; Leroy, Georges (květen 1993). „Teploty formace a protonové afinity některých oxoboronů (R-B≡O) a sulfidoboronů (R-B≡S) s R = vodík, fluor, chlor a methylová skupina“. The Journal of Physical Chemistry. 97 (20): 5224–5227. doi:10.1021 / j100122a010.
  13. ^ A b C d Siegel, B (prosinec 1968). „Oxyhalogenidy prvků III-B“. Recenze společnosti Anorganica Chimica Acta. 2: 137–146. doi:10.1016/0073-8085(68)80019-1.
  14. ^ Goubeau, J .; Keller, H. (prosinec 1952). „Über Boroxol-Verbindungen Darstellung, physikalische und chemische Eigenschaften“. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (v němčině). 267 (1–3): 1–26. doi:10.1002 / zaac.19522670102.
  15. ^ Fisher, H. D .; Kiehl, J .; Cane, A. (červen 1961). „Infračervená spektra a termodynamické vlastnosti trifluoroboroxinu (FBO)3 Závěrečná zpráva HTC-61-90 ". Culver City, Kalifornie: Letecká divize společnosti Hughs Tool Company. Citováno 27. listopadu 2016.
  16. ^ Hildenbrand, Donald L .; Theard, Lowell P .; Saul, Albert M. (1963). „Transpirace a hmotnostní spektrometrické studie rovnováhy zahrnující BOF (g) a (BOF)3(G)". The Journal of Chemical Physics. 39 (8): 1973. doi:10.1063/1.1734569.
  17. ^ Boussard-Plédel, Catherine; Fonteneau, Gilles; Lucas, Jacques (červenec 1995). „Brýle na bázi oxyfluoridu bóru v systému B-O-F: nová polymerní skla špagetového typu“. Časopis nekrystalických pevných látek. 188 (1–2): 147–152. doi:10.1016/0022-3093(95)00183-2.
  18. ^ Lucas, Jacques (květen 1995). "Nekonvenční brýle špagetového typu". Časopis nekrystalických pevných látek. 184: 21–24. doi:10.1016/0022-3093(95)00087-9.
  19. ^ Hoppe, P .; Lodders, K .; Strebel, R .; Amari, S .; Lewis, R. S. (10. dubna 2001). „Bór v presolárních zrnách karbidu křemíku od Supernovae“. Astrofyzikální deník. 551 (1): 478–485. doi:10.1086/320075.
  20. ^ A b Baumgarten, Paul; Bruns, Werner (6. září 1939). „Über die Umsetzung von Borfluorid mit Bortrioxyd, Boraten, Carbonaten und Nitraten und zur Kenntnis eines mutmaßlichen Boroxyfluorides (BOF)3". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (řada A a B) (v němčině). 72 (9): 1753–1762. doi:10,1002 / cber.1990720921.
  21. ^ Ruff, Otto; Braida, A .; Bretschneider, O .; Menzel, W .; Plaut, H. (18. května 1932). „Die Darstellung, Dampfdrucke und Dichten des BF3, AsF5 und BrF3". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (v němčině). 206 (1): 59–64. doi:10.1002 / zaac.19322060108.
  22. ^ Baumgarten, Paul; Bruns, Werner (9. července 1941). „Über die Umsetzung von Borfluorid mit Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, Titandioxyd und Silikaten und die mögliche Verwendung dieser Reaktionen für den Aufschluß aluminiumhaltiger Silikate zwecks Herstellung für die Aluminiumgewinnung verwendbarerusung verwendbarerus Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (řada A a B) (v němčině). 74 (7): 1232–1236. doi:10.1002 / cber.19410740717.
  23. ^ Zhang, Lei; Zhang, Weijiang; Xu, Jiao; Ren, Xin (7. prosince 2014). „Syntéza obohaceného 10B kyselina boritá jaderného stupně ". Transakce z univerzity Tianjin. 20 (6): 458–462. doi:10.1007 / s12209-014-2303-x. S2CID  91517483.
  24. ^ Goeuriot, Patrice; Thévenot, François; Řidič, Julian H .; Magnin, Thierry (duben 1983). "Metody zkoumání křehkých vrstev získaných úpravou povrchu boridem (Borudif)". Mít na sobě. 86 (1): 1–10. doi:10.1016/0043-1648(83)90083-2.
  25. ^ A b Goeuriot, P .; Thevenot, F .; Řidič, J.H. (Březen 1981). „Povrchová úprava ocelí: Borudif, nový proces vrtání“. Tenké pevné filmy. 78 (1): 67–76. doi:10.1016/0040-6090(81)90418-1.
  26. ^ A b Smolanoff, Jason; Lapicki, Adom; Anderson, Scott L .; Sowa-Resat, Marianne (26. prosince 1994). „Studie chemie oxidu boritého s klastrovým paprskem s HF“. Citováno 1. prosince 2016.
  27. ^ Takže Suk Ping (květen 1985). "Geometrie a stability XBO a BOX, (X F, Cl)". Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 122 (3–4): 311–316. doi:10.1016/0166-1280(85)80091-9.
  28. ^ Soto, Maribel R. (duben 1995). "Určení konstanty rychlosti pro kanály HBO + F z výpočtů ab Initio Reaction Path". The Journal of Physical Chemistry. 99 (17): 6540–6547. doi:10.1021 / j100017a039.
  29. ^ Mathews, C.Weldon (leden 1966). „Emisní spektrum 4465-Å BOF2 molekula". Journal of Molecular Spectroscopy. 19 (1–4): 203–223. doi:10.1016/0022-2852(66)90242-6.
  30. ^ Latimer, B .; Devlin, J.P. (leden 1967). „Vibrační spektra derivátů fluoru a chloru boroxinu - II“. Spectrochimica Acta Část A: Molekulární spektroskopie. 23 (1): 81–88. doi:10.1016/0584-8539(67)80210-1.
  31. ^ Lin, Tsun-Yi; Hsu, Jeng-Bin; Hu, Wei-Ping (únor 2005). "Teoretická predikce nových molekul vzácného plynu OBNgF (Ng = Ar, Kr a Xe)". Dopisy o chemické fyzice. 402 (4–6): 514–518. doi:10.1016 / j.cplett.2004.12.090.