三氟化硼

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更新時間: 2013-12-11

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三氟化硼,分子式為BF3。室溫下為無色氣體,在潮濕空氣中發煙。它是很常用的路易斯酸,也常用於製取其它硼化合物。

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1 三氟化硼 -分子結構

BF3BF3

三氟化硼(BF3)是硼的氟化物。由於硼是缺電子結構,三氟化硼形成一個4中心6電子的大π鍵,6個電子分別由3個氟原子提供,3個氟原子各提供1個全充滿的2p軌道,與硼原子的空p軌道肩並肩,形成大π鍵。B原子以sp2雜化軌道成鍵,分子為平面正三角形分子。 

2 三氟化硼 -物理性質

外觀與性狀: 無色氣體,有窒息性,在潮濕空氣中可產生濃密白煙。 
飽和蒸氣壓(kPa):1013.25(-58℃) 
臨界溫度(℃): -12.26 
臨界壓力(MPa): 4.98 
溶解性:溶於冷水。

3 三氟化硼 -化學性質

路易斯鹼與路易斯酸反應路易斯鹼與路易斯酸反應
1、在熱水中水解,呈酸性,對玻璃有腐蝕作用。
三氟化硼與水反應生成硼酸和氟硼酸。反應一開始生成與水的加合物H2O-BF3,然後失HF:
4BF3+3H2O→3HBF4+B(OH)3
2、可與金屬鈉、鉀、鈣、鋁、鈦、鋯及其氧化物起劇烈反應,易與乙醚形成穩定的絡合物。
BF3是缺電子化合物,又接受孤對電子的能力,表現出路易斯酸的性質,與路易斯鹼行成加合物。
主要反應: 
三氟化硼是有機合成中常用的路易斯酸,其機理可能是因為生成了離子型中間產物。
在傅-克烷基化反應中:  
RX + BF3 ⇌ R+ + BF3X−  
R+ + C6H6 ⇌ C6H5R + H+  
在傅-克醯基化反應中:  
RCOOCH3 + BF→ RCOOCH3•BF3  
RCOOCH3•BF3 ⇌ RCO++ CH3OBF3
RCO++ C6H6 → C6H5COR + H+
H++ CH3OBF3⇌ CH3OH•BF3  
醇失水成醚時:  
ROH + BF3 → ROH•BF3 ⇌ H++ ROBF3
H++ ROH ⇌ ROH2
ROH2++ BF3 ⇌ R++ H2O•BF 
R+ ROH → R2O + H
酯化反應中:  
H++ RCOOH ⇌ RCOOH2
RCOOH2++ BF3 ⇌ RCO+ + H2O  
RCO+ + R'OH → RCOOR' + H+
在芳烴硝化和磺化反應中:  
HONO2 + BF3 ⇌ NO2++ HOBF3
HOSO3H + BF3 ⇌ SO3H++ HOBF3
NO2++ C6H6 → C6H5NO2 + H+
SO3H++ C6H6 → C6H5SO3H + H+
實際情況中,很有可能以上的離子型中間體以離子對或絡合物的形式出現。 

4 三氟化硼 -製備方法

傳統的生產方法是以硼砂、螢石在硫酸存在下反應製得。此法收率低,且有四氟化硅雜質。
CaF2+H2SO4=CaSO4+2HF
B2O3+6HF → 2BF3+3H2O

20世紀80年代工業上多用氟硼酸鹽與硼酐和硫酸一起加熱,生成的氣體經凈化後進入收集器,深冷后再分餾即得產品。
Na2B4O7+12HF→Na2O(BF3)4+6H2
Na2O(BF3)4+2H2SO4→4BF3+2NaHSO4+H2

實驗室中,BF3可由氟硼酸重氮鹽分解製得: 
PhN2BF4→PhF+BF3+N2

5 三氟化硼 -主要應用

1、常用作縮合、離子聚合、異構化等反應的催化劑,還是製備四氟硼酸鹽的原料 
2、用於半導體器件和集成電路生產的離子注入和摻雜。 
3、主要用作有機反應催化劑,如酯化、烷基化、聚合、異構化、磺化、硝化等。
4. 鑄鎂及合金時的防氧化劑。
5、製備鹵化硼、元素硼、硼烷、硼氫化鈉等的主要原料。
5、電子工業等。

6 三氟化硼 -毒理性質

健康危害:急性中毒:主要癥狀有乾咳、氣急、胸悶、胸部緊迫感;部分患者出現噁心、食慾減退、流涎;吸入量多時,有震顫及抽搐,亦可引起肺炎。皮膚接觸可致灼傷。 
燃爆危險:本品不燃,有毒。 
危險特性:化學反應活性很高,遇水發生爆炸性分解。與銅及其合金有可能生成具有爆炸性的氯乙炔。暴露在空氣中遇潮氣時迅速水解成氟硼酸與硼酸,產生白色煙霧。腐蝕性很強,冷時也能腐蝕玻璃。

7 三氟化硼 -應急處理

1、泄漏應急處理  
迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並立即隔離150米,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防毒服。儘可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構築圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。如有可能,將殘餘氣或漏出氣用排風機送至水洗塔或與塔相連的通風櫥內。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。
2、防護措施
呼吸系統防護:正常工作情況下,佩帶過濾式防毒面具(全面罩)。高濃度環境中,必須佩戴空氣呼吸器或氧氣呼吸器。
眼睛防護:呼吸系統防護中已作防護。
身體防護:穿帶面罩式膠布防毒衣。
手防護:戴橡膠手套。
其它:工作現場嚴禁吸煙、進食和飲水。工作畢,淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業,須有人監護。
3、急救措施
皮膚接觸:立即脫去被污染的衣著,用大量流動清水沖洗。就醫。
眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。
吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。
滅火方法:本品不燃。消防人員必須穿戴全身防火防毒服。切斷氣源。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:乾粉、二氧化碳。

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