Монофторид бора монооксид
Оксифторид бора
Имена
Название ИЮПАК
Фтор(оксо)боран
Другие имена
монооксид бора монофторида
Идентификаторы
  • 23361-56-0
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ChemSpider
  • 124393
CID PubChem
  • 141025
  • DTXSID20177920
  • ИнЧИ=1/БФО/c2-1-3
    Ключ: FHYICEHKTRQYRP-UHFFFAOYSA-N
  • Б(=О)Ф
Характеристики
Б Ф О
Молярная масса45,81  г·моль −1
ПоявлениеГаз
Термохимия
48,0 ± 3,0 ккал/моль [1]
Родственные соединения
Родственные оксигалогениды
оксихлорид бора
Родственные соединения
монофторид бора
оксид бора
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение

Монооксид монофторида бора или оксоборилфторид [2] или фтороксаборан — нестабильное неорганическое молекулярное вещество с формулой FBO. Его также называют оксидом фторида бора , фтор(оксо)бораном или фтороксобораном . Молекула стабильна при высоких температурах, но ниже 1000 °C конденсируется в тример (BOF) 3 , называемый трифторбороксином . FBO может быть выделен как трехатомная неметаллическая молекула в матрице инертного газа и был конденсирован в твердом неоне и аргоне. [3] При попытке конденсировать газ в твердое вещество в большом объеме образуется полимерное стекло, которое имеет дефицит фторида и при нагревании образует стекловидную пену, похожую на попкорн. [4] [5] Оксид фторида бора изучался из-за его производства в высокоэнергетическом ракетном топливе, содержащем бор и фтор, а также в форме оксифторидного стекла. BOF-стекло необычно тем, что оно может конденсироваться непосредственно из газа. [6]

Характеристики

Мономер

Молекула FBO линейна со структурой FB=O. Длина связи FB составляет 1,283 Å, а связи BO — 1,207 Å. [7]

Инфракрасный спектр BFO имеет колебательные полосы при 1900, 1050 и 500 см −1 . [8] Спектроскопические константы молекулы 10 BFO составляют B=9349,2711 МГц D=3,5335 кГц, а для молекулы 11 BFO они составляют B=9347,3843 МГц D=3,5273 кГц. [9] Мономер стабилен как при низких давлениях, так и при температурах выше 1000 °C. Ниже этой температуры мономеры ассоциируются, образуя тример [10], называемый трифторбороксолом. [11]

Теплота образования Δ f H⦵
298 Кпрогнозируется как -146,1 ккал/моль. Сродство к протону 149,6 ккал/моль. [12]

Тример

Если горячий газ BFO медленно охлаждать, он снова дисмутирует в B2O3 и BF3 . [ 13 ] При комнатной температуре эта дисмутация завершается в течение часа. [13]

Оксид фторида бора образует тример с кольцом, состоящим из чередующихся атомов кислорода и бора, с фтором, связанным с бором. (BFO) 3 . Кольцевая структура помещает его в класс бороксолов. [14] Его также называют трифторбороксином. Тример является преобладающей формой в газе при 1000 К. [13] При нагревании до 1200 К он в основном превращается в мономер BFO. [13] Оксифторид бора может быть сконденсирован из пара в стекло с дефицитом фтора при температурах ниже 190° путем очень быстрого охлаждения. При нагревании этот осадок имеет температуру, при которой он теряет больше BF 3 , образуя пенистое или пористое стекло, напоминающее попкорн. Стекло, осажденное при более низких температурах, имеет более высокую долю фтора. Прогнозируется, что осадки при -40 °C будут иметь соотношение фтора к кислороду 1:1. [5] Ниже -135° (BFO) 3 стабилен. [15]

Теплота образования тримера из мономера (BFO) 3 → 3BFO составляет 131 ккал/моль. [16]

Стекло

Стекло оксифторида бора прозрачно и бесцветно. Оно стабильно в сухом воздухе, но гигроскопично и на обычном воздухе становится белым и непрозрачным. При нагревании стекло достигает температуры стеклования (Tg ) , при которой оно перестает быть стеклом и выделяет газ BF3, а оксифторид бора с меньшим содержанием фтора остается. Эта температура стеклования определяется по тому, где давление образующегося BF3 превышает прочность стекла. Гипотетическая структура стекла BOF состоит из длинных цепей BOBO с фтором, прикрепленным к каждому бору. Их можно рассматривать как треугольники BO2F, связанные в цепочку атомами O. Эти цепи запутываются, как спагетти в стекле. Когда вещество становится дефицитным по фтору, между цепями образуются сшивки с кислородом, и оно становится более двумерным по структуре. [17] BF 3 образуется, когда концы двух линейных цепей −(BF)O− соединяются друг с другом. [6] Эти концы содержат -O-BF 2 , и когда два встречаются, BF 3 может быть устранен, а цепь расширена кислородом. [18]

Происшествие

Ожидается, что BFO образуется при взрыве сверхновой II в газе при температуре от 1000 до 2000 °C и давлении около 10−7 бар  . [19]

Подготовка

Отто Рафф заметил, что смесь BF 3 и SiF 4 , проходящая через расплавленный B 2 O 3, производит некоторое количество SiO 2 и перераспределяет B 2 O 3 в холодные части реакционной трубки. Он предположил, что должен быть какой-то термостабильный промежуточный продукт, который при охлаждении превращается обратно в исходные компоненты. [20] [21] Несколько лет спустя Пауль Баумгартен и Вернер Брунс получили тример оксифторида бора, пропуская BF 3 через твердый B 2 O 3 при 450 °C. [20] [22]

BFO является промежуточным продуктом в гидролизе BF3 наряду с BF(OH) 2 , BF2OH и борной кислотой.

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

Другой способ получения BFO — испарение B2O3 с BF3 . [ 5 ]

При нагревании BF 3 с воздухом, газ BFO преобладает от 2800° до 4000 °C, достигая максимума при 3200°. Выше 4000 °C доминирует BO . [8]

Горячий BF3 , пропущенный через некоторые оксиды, такие как SiO2 , образует BFO. [24] Другими оксидами, которые могут давать оксифторид бора, являются оксид магния , диоксид титана , карбонаты или оксид алюминия . [25]

В плазменной фазе HF реагирует с BO 2 H+
2, В2ОН + , В3О​​+
4, В2О​+
4, В2О​+
2, B 2 OH + для производства FBO и других продуктов, включая FBOH и FBO + . [26]

Молекула BOF теоретически существует, но она выделяет энергию при перегруппировке в FBO. [27] [28] Родственная молекула — BOF 2 . [29] Молекулы, родственные тримеру, включают B 3 O 3 ClF 2 , B 3 O 3 Cl 2 F и (BOCl) 3 . [30]

Предсказано, что FBO может вставлять атомы благородных газов между атомами фтора и бора, давая FArBO, FKrBO и FXeBO. Молекулы, как предсказано, будут линейными. [31]

Использует

Оксифторид бора может использоваться при борировании стали. При использовании газа избегается прилипание твердых частиц к стали. Также этот метод позволяет контролировать концентрацию бора и в основном образует Fe2B вместо более хрупкого FeB. [25] Сжигание бора выделяет много энергии , поэтому исследуется его использование во взрывчатых веществах или топливе. Для максимизации выхода энергии в реакции используются как фтор, так и кислород, и, таким образом, образуются FBO и родственные молекулы, которые могут быть в выхлопных газах. [26]

Ссылки

  1. ^ Larson, JW; McMahon, TB (1987). "Оксид монофторида бора". 26 (24). NIST: 4018. doi :10.1021/ic00271a011 . Получено 20 мая 2015 г. . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  2. ^ Кучицу, Козо (2013-03-09). Структура свободных многоатомных молекул: основные данные. Springer Science & Business Media. стр. 28. ISBN 9783642457487.
  3. ^ Jacox, Marilyn E. (декабрь 1994 г.). «Уровни колебательной энергии малых переходных молекул, изолированных в матрицах неона и аргона». Chemical Physics . 189 (2): 149– 170. Bibcode : 1994CP....189..149J. doi : 10.1016/0301-0104(94)00143-X.
  4. ^ Буссар-Пледель, Катрин; Ле Флок, Мари; Фонтено, Жиль; Люка, Жак (июль 1997 г.). «Осаждение из паровой фазы вспененных стекловидных материалов на основе оксифторида бора». Materials Research Bulletin . 32 (7): 805– 811. doi :10.1016/S0025-5408(97)00050-0.
  5. ^ abc Буссар-Пледель, Екатерина; Ле Флох, Мари; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак; Синдбандхит, Сурисак; Шао, Дж.; Энджелл, Калифорния; Эмери, Жоэл; Бузаре, JY (февраль 1997 г.). «Структура стекла из оксифторида бора, неорганического полимера с поперечно-сшитыми цепями». Журнал некристаллических твердых тел . 209 (3): 247–256 . Бибкод : 1997JNCS..209..247B. дои : 10.1016/S0022-3093(96)00548-0.
  6. ^ ab Полищук, СА; Игнатьева, ЛН; Марченко, Ю. В.; Бузник, ВМ (5 марта 2011 г.). "Оксифторидные стекла (обзор)". Glass Physics and Chemistry . 37 (1): 1–20 (14). doi :10.1134/S108765961101010X. S2CID  97609959.
  7. ^ Кавасима, Ёсиюки; Кавагучи, Кэнтаро; Эндо, Ясуки; Хирота, Эйзи (1987). «Инфракрасный диодный лазер и микроволновые спектры и молекулярная структура нестабильной молекулы, FBO». Журнал химической физики . 87 (4): 2006. Bibcode : 1987JChPh..87.2006K. doi : 10.1063/1.453175.
  8. ^ ab Yoder, M.John (декабрь 1974 г.). «Исследования инфракрасного излучения оксидов бора и вольфрама с помощью высокотемпературной дуги». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 14 (12): 1317– 1328. Bibcode : 1974JQSRT..14.1317Y. doi : 10.1016/0022-4073(74)90100-9.
  9. ^ Гейтхаус, Бетани; Мюллер, Хольгер SP; Джерри, Майкл CL (июль 1998 г.). «Константы сверхтонкой структуры и ядерная защита от микроволновых спектров FBO, ClBO и FBS». Журнал молекулярной спектроскопии . 190 (1): 157– 167. Bibcode : 1998JMoSp.190..157G. doi : 10.1006/jmsp.1998.7565. PMID  9645936.
  10. ^ Фарбер, М.; Блауэр, Дж. (1962). «Теплота образования и энтропия BOF». Труды Фарадейского общества . 58 : 2090. doi :10.1039/TF9625802090.
  11. ^ Тевено, Франсуа Х. Ж.; Гурио, Патрис М. В.; Драйвер, Жюльен Х.; Лебрен, Жан-Поль Р. (1982). «Устройство для борирования деталей из металла или металлокерамики и поверхностно-полированных деталей».
  12. ^ Нгуен, Минь Тхо; Ванкуикенборн, LG; Сана, Мишель; Лерой, Жорж (май 1993 г.). «Теплота образования и сродство к протону некоторых оксоборов (RB≡O) и сульфидоборов (RB≡S) с R = водород, фтор, хлор и метильная группа». Журнал физической химии . 97 (20): 5224– 5227. doi :10.1021/j100122a010.
  13. ^ abcd Siegel, B (декабрь 1968). "Оксигалогениды элементов III-B". Inorganica Chimica Acta Reviews . 2 : 137– 146. doi :10.1016/0073-8085(68)80019-1.
  14. ^ Губо, Дж.; Келлер, Х. (декабрь 1952 г.). «Über Boroxol-Verbindungen Darstellung, Physikalische und Chemische Eigenschaften». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (на немецком языке). 267 ( 1–3 ): 1–26 . doi :10.1002/zaac.19522670102.
  15. ^ Фишер, HD; Киль, Дж.; Кейн, А. (июнь 1961 г.). «Инфракрасные спектры и термодинамические свойства трифторбороксина (FBO)3. Заключительный отчет HTC-61-90». Калвер-Сити, Калифорния: Hughs Tool Company Aircraft Division. Архивировано из оригинала 27 декабря 2016 г. Получено 27 ноября 2016 г.
  16. ^ Хильденбранд, Дональд Л.; Теард, Лоуэлл П.; Саул, Альберт М. (1963). «Транспирация и масс-спектрометрические исследования равновесий с участием BOF(g) и (BOF) 3 (g)». Журнал химической физики . 39 (8): 1973. Bibcode : 1963JChPh..39.1973H. doi : 10.1063/1.1734569.
  17. ^ Буссар-Пледель, Катрин; Фонтено, Жиль; Люка, Жак (июль 1995 г.). «Борные оксифторидные стекла в системе BOF: новые полимерные спагетти-стекла». Журнал некристаллических твердых тел . 188 ( 1– 2): 147– 152. doi :10.1016/0022-3093(95)00183-2.
  18. ^ Лукас, Жак (май 1995). «Нетрадиционные стекла типа спагетти». Журнал некристаллических твердых тел . 184 : 21– 24. Bibcode : 1995JNCS..184...21L. doi : 10.1016/0022-3093(95)00087-9.
  19. ^ Хоппе, П.; Лоддерс, К.; Штребель, Р.; Амари, С.; Льюис, Р.С. (10 апреля 2001 г.). «Бор в зернах пресолнечного карбида кремния из сверхновых». The Astrophysical Journal . 551 (1): 478– 485. Bibcode : 2001ApJ...551..478H. doi : 10.1086/320075 .
  20. ^ Аб Баумгартен, Пол; Брунс, Вернер (6 сентября 1939 г.). «Über die Umsetzung von Borfluorid mit Bortrioxyd, Boraten, Carbonaten und Nitraten und zur Kenntnis eines mutmaßlichen Boroxyfluorides (BOF) 3 ». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (серии A и B) (на немецком языке). 72 (9): 1753–1762 . doi :10.1002/cber.19390720921.
  21. ^ Ерш, Отто; Брейда, А.; Бретшнайдер, О.; Мензель, В.; Плаут, Х. (18 мая 1932 г.). «Die Darstellung, Dampfdrucke und Dichten des BF 3 , AsF 5 и BrF 3 ». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (на немецком языке). 206 (1): 59–64 . doi :10.1002/zaac.19322060108.
  22. ^ Баумгартен, Пол; Брунс, Вернер (9 июля 1941 г.). «Über die Umsetzung von Borfluorid mit Aluminium oxyd, Siliciumdioxyd, Titandioxyd und Silikaten und die mögliche Verwendung dieser Reaktionen für den Aufschluß aluminiumhaltiger Silikate zwecks Herstellung für die Aluminiumgewinnung verwendbarer Ausgangsmaterialien». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (серии A и B) (на немецком языке). 74 (7): 1232–1236 . doi :10.1002/cber.19410740717.
  23. ^ Чжан, Лей; Чжан, Вэйцзян; Сюй, Цзяо; Рен, Синь (7 декабря 2014 г.). «Синтез обогащенной 10 Б борной кислоты ядерной чистоты». Труды Тяньцзиньского университета . 20 (6): 458–462 . Бибкод : 2014ТрТУ...20..458З. doi : 10.1007/s12209-014-2303-x. S2CID  91517483.
  24. ^ Goeuriot, Patrice; Thévenot, François; Driver, Julian H.; Magnin, Thierry (апрель 1983 г.). «Методы исследования хрупких слоев, полученных борированием поверхности (Borudif)». Wear . 86 (1): 1– 10. doi :10.1016/0043-1648(83)90083-2.
  25. ^ ab Goeuriot, P.; Thevenot, F.; Driver, JH (март 1981). "Поверхностная обработка сталей: Borudif, новый процесс борирования". Thin Solid Films . 78 (1): 67– 76. Bibcode : 1981TSF....78...67G. doi : 10.1016/0040-6090(81)90418-1.
  26. ^ ab Smolanoff, Jason; Lapicki, Adom; Anderson, Scott L.; Sowa-Resat, Marianne (26 декабря 1994 г.). "Исследование химии оксида бора с помощью кластерного пучка с использованием HF" . Получено 1 декабря 2016 г.[ мертвая ссылка ‍ ]
  27. ^ So, Suk Ping (май 1985). "Геометрия и стабильность XBO и BOX, (XF, Cl)". Журнал молекулярной структуры: THEOCHEM . 122 ( 3– 4): 311– 316. doi :10.1016/0166-1280(85)80091-9.
  28. ^ Сото, Марибель Р. (апрель 1995 г.). «Определение константы скорости для каналов HBO + F из расчетов пути реакции ab Initio». Журнал физической химии . 99 (17): 6540– 6547. doi :10.1021/j100017a039.
  29. ^ Mathews, C.Weldon (январь 1966). "Спектр излучения 4465-Å молекулы BOF 2 ". Журнал молекулярной спектроскопии . 19 ( 1– 4): 203– 223. Bibcode :1966JMoSp..19..203M. doi :10.1016/0022-2852(66)90242-6.
  30. ^ Латимер, Б.; Девлин, Дж. П. (январь 1967 г.). «Вибрационные спектры фтор- и хлорпроизводных бороксина — II». Spectrochimica Acta Часть A: Молекулярная спектроскопия . 23 (1): 81– 88. Bibcode :1967AcSpA..23...81L. doi :10.1016/0584-8539(67)80210-1.
  31. ^ Линь, Цун-И; Сюй, Дженг-Бин; Ху, Вэй-Пин (февраль 2005 г.). «Теоретическое предсказание новых молекул благородных газов OBNgF (Ng=Ar, Kr и Xe)». Chemical Physics Letters . 402 ( 4–6 ): 514–518 . Bibcode : 2005CPL...402..514L. doi : 10.1016/j.cplett.2004.12.090.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Бор_монофторид_монооксид&oldid=1262760878"