Окись монофторида бора - Википедия - Boron monofluoride monoxide

Оксифторид бора
Имена
Название ИЮПАК
Фтор (оксо) боран
Другие имена
оксид монофторида бора
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
Характеристики
BFО
Молярная масса45.81 г · моль−1
ВнешностьГаз
Термохимия
48,0 ± 3,0 ккал / моль[1]
Родственные соединения
Родственные оксигалогениды
оксихлорид бора
Родственные соединения
монофторид бора
монооксид бора
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Окись монофторида бора или оксоборил фторид[2] или же фтороксоборан представляет собой нестабильное неорганическое молекулярное вещество с формулой FBO. Его еще называют оксид фторида бора, фтор (оксо) боран или же фтор-оксоборан. Молекула стабильна при высоких температурах, но ниже 1000 ° C конденсируется в тример (BOF).3 называется трифторбороксин. FBO можно выделить в виде трехатомной неметаллической молекулы в матрица инертного газа, и был конденсирован в твердом неоне и аргоне.[3] Когда делается попытка сконденсировать газ в твердое тело в массе, образуется полимерное стекло, в котором отсутствует фторид, и при нагревании образуется стекловидная пена, подобная попкорну.[4][5] Оксид фторида бора был изучен в связи с его производством в высокоэнергетическом ракетном топливе, содержащем бор и фтор, а также в форме оксифторидного стекла. Стекло кислородного конвертера необычно тем, что оно может конденсироваться непосредственно из газа.[6]

Характеристики

Мономер

Молекула FBO является линейной со структурой F-B = O. Длина связи F-B составляет 1,283 Å, а связь B-O составляет 1,207 см.−1Å.[7]

В инфракрасном спектре BFO присутствуют колебательные полосы на 1900, 1050 и 500 см.−1.[8]Спектроскопические константы 10Молекулы BFO имеют B = 9349,2711 МГц D = 3,5335 кГц и для 11Молекула BFO они 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 объединяются с образованием тримеров.[10] называется трифторбороксол.[11]

Тепло образования ЧАСж, 298 прогнозируется на уровне -146,1 ккал / моль. Сродство к протону 149,6 ккал / моль.[12]

Тример

Если горячий газ BFO охлаждается медленно, он возвращается обратно в B.2О3 и BF3.[13] При комнатной температуре эта дисмутация завершается за час.[13]

Оксид фторида бора образует тример с кольцом, состоящим из чередующихся атомов кислорода и бора, с фтором, связанным с бором. (BFO)3. Кольцевая структура относит его к классу бороксолы.[14] Это также называется трифторбороксином. Тример - преобладающая форма в газе при 1000 К.[13] При нагревании до 1200 К он в основном превращается в мономер BFO.[13]Оксифторид бора может конденсироваться из пара в стекло с дефицитом фтора при температурах ниже 190 ° С путем очень быстрого охлаждения. При нагревании этот осадок имеет температуру, при которой он теряет больше BF.3 чтобы образовался пенистый или пористый стакан, напоминающий попкорн. Стекло, осажденное при более низких температурах, имеет более высокую долю фтора. Прогнозируется, что отложения при -40 ° C имеют отношение фтора к кислороду 1: 1.[5] Ниже -135 ° (BFO)3 стабильно.[15]

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

Стекло

Стекло оксифторида бора прозрачное и бесцветное. Он устойчив в сухом воздухе, но гигроскопичен и в обычном воздухе становится белым и непрозрачным. При нагревании стекло будет достигать температуры стеклования (Tграмм), при котором он перестает быть стаканом и производит BF3 газ и оксифторид бора с меньшим содержанием фтора остаются позади. Эта температура стеклования определяется, откуда давление BF3 произведенное превышает прочность стекла. Гипотетическая структура BOF-стекла состоит из длинных цепочек B-O-B-O с фтором, присоединенным к каждому бору. Их можно рассматривать как BO2F треугольников, соединенных в цепочку атомами O. Эти цепочки запутались, как спагетти в стакане. Когда вещество становится дефицитным по фтору, между цепями образуются поперечные связи с кислородом, и оно становится более двумерным по структуре.[17] BF3 образуется, когда выводы двух линейных (BF) O-цепей соединяются друг с другом.[6] Эти концы содержат -O-BF2, а когда встречаются двое, BF3 можно исключить и удлинить цепь кислородом.[18]

Вхождение

Ожидается, что BFO будет образовываться при выходе сверхновых II в газе при температуре от 1000 до 2000 ° C и давлении около 10 ° C.−7 бар.[19]

Подготовка

Отто Рафф заметил, что смесь BF3 и SiF4 проходя над расплавом B2О3 произвел некоторое количество SiO2 и перераспределил B2О3 в холодные части реакционной трубки. Он предположил, что должен быть какой-то термостойкий промежуточный продукт, который при охлаждении превращается обратно в исходные компоненты.[20][21]Поль Баумгартен и Вернер Брунс сделал тример оксифторида бора, пропуская BF3 над твердым B2О3 при 450 ° С. Их эксперимент состоял в том, чтобы попытаться отреагировать на BF3 с различными оксидами. Об этой находке объявили в 1939 году.[20][22]

BFO является промежуточным продуктом гидролиза BF.3 вместе с BF (OH)2, BF2ОН и борная кислота.

  • BF3 + H2O → BFO + 2HF;
  • BF2OH → BFO + HF;
  • BF (ОН)2 → BFO + H2О[23]

Другой способ получения BFO - это испарение B2О3 с BF3.[5]

Когда BF3 нагревается воздухом, преобладает газ BFO от 2800 ° до 4000 ° C, максимум при 3200 °. Выше 4000 ° C BO доминирует.[8]

Горячий BF3 прошли через некоторые оксиды, такие как SiO2 образует БФО.[24] Другие оксиды, которые могут давать оксифторид бора: оксид магния, оксид титана, карбонаты или же глинозем.[25]

В плазменной фазе HF реагирует с BO2ЧАС+
2, B2ОЙ+, B3О+
4, B2О+
4, B2О+
2, B2ОЙ+ делать FBO и другие продукты, включая FBOH и FBO+.[26]

Связанный

Молекула B-O-F теоретически существует, но выделяет энергию, когда перестраивается в F-B-O.[27][28]Родственная молекула - BOF2.[29] Молекулы, относящиеся к тримеру, включают B3О3ClF2, B3О3Cl2F и (BOCl)3.[30]

Предполагается, что FBO сможет вставлять благородный газ атомы между атомами фтора и бора, давая FArBO, FKrBO и FXeBO. Предполагается, что молекулы будут линейными.[31]

Использует

Оксифторид бора может использоваться в раздражающий стали. Использование газа позволяет избежать налипания твердых частиц на сталь. Также этот метод позволяет контролировать концентрацию бора, и в основном образует Fe2B вместо более хрупкого FeB.[25]Горящий бор выделяет много энергии, поэтому изучается его использование во взрывчатых веществах или топливе. Чтобы максимизировать выход энергии, для реакции используются как фтор, так и кислород, и, таким образом, образуются FBO и родственные молекулы, которые могут попадать в выхлоп.[26]

Рекомендации

  1. ^ «Монооксид бора монофторида». NIST. Получено 20 мая 2015.
  2. ^ Кучицу, Козо (09.03.2013). Строение свободных многоатомных молекул: основные данные. Springer Science & Business Media. п. 28. ISBN  9783642457487.
  3. ^ Джейкокс, Мэрилин Э. (декабрь 1994 г.). «Колебательные уровни энергии малых переходных молекул, изолированных в неоновых и аргоновых матрицах». Химическая физика. 189 (2): 149–170. Дои:10.1016 / 0301-0104 (94) 00143-Х.
  4. ^ Буссар-Пледель, Екатерина; Ле Флок, Мари; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак (июль 1997 г.). "Парофазное осаждение вспенивающихся стекловидных материалов на основе оксифторида бора". Бюллетень материаловедения. 32 (7): 805–811. Дои:10.1016 / S0025-5408 (97) 00050-0.
  5. ^ а б c Буссар-Пледель, Екатерина; Ле Флок, Мари; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак; Синбандхит, Сурисак; Shao, J .; Angell, CA; Эмери, Джоэль; Buzaré, J.Y. (Февраль 1997 г.). «Структура стекла оксифторида бора, неорганического сшитого цепного полимера». Журнал некристаллических твердых тел. 209 (3): 247–256. Дои:10.1016 / S0022-3093 (96) 00548-0.
  6. ^ а б Полищук, С. А .; Игнатьева, Л. Н .; Марченко, Ю. V .; Бузник, В. М. (5 марта 2011 г.). «Оксифторидные стекла (Обзор)». Физика и химия стекла. 37 (1): 1–20 (14). Дои:10.1134 / S108765961101010X. S2CID  97609959.
  7. ^ Кавасима, Ёсиюки; Кавагути, Кентароу; Эндо, Ясуки; Хирота, Эйзи (1987). «Инфракрасный диодный лазер и микроволновые спектры и молекулярная структура нестабильной молекулы, FBO». Журнал химической физики. 87 (4): 2006. Дои:10.1063/1.453175.
  8. ^ а б Йодер, М. Джон (декабрь 1974 г.). «Высокотемпературные дуговые исследования инфракрасного излучения оксидов бора и вольфрама». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения. 14 (12): 1317–1328. Дои:10.1016/0022-4073(74)90100-9.
  9. ^ Гейтхаус, Бетани; Мюллер, Хольгер С.П .; Джерри, Майкл К. (Июль 1998 г.). «Сверхтонкие константы и ядерная защита от микроволновых спектров FBO, ClBO и FBS». Журнал молекулярной спектроскопии. 190 (1): 157–167. Дои:10.1006 / jmsp.1998.7565. PMID  9645936.
  10. ^ Farber, M .; Блауэр, Дж. (1962). «Теплота образования и энтропия кислородного конвертера». Труды общества Фарадея. 58: 2090. Дои:10.1039 / TF9625802090.
  11. ^ Thevenot, Francois H.J .; Goeuriot, Patrice M. V .; Водитель, Джулиан Х .; Лебрен, Жан-Поль Р. (1982). «Аппарат для борирования деталей из металла или металлокерамики и деталей с поверхностной обработкой».
  12. ^ Нгуен, Минь Тхо; Vanquickenborne, L.G .; Сана, Мишель; Лерой, Жорж (май 1993 г.). «Теплота образования и протонное сродство некоторых оксоборов (R-B≡O) и сульфидоборов (R-B≡S) с R = водород, фтор, хлор и метильная группа». Журнал физической химии. 97 (20): 5224–5227. Дои:10.1021 / j100122a010.
  13. ^ а б c d Сигель, Б. (декабрь 1968 г.). «Оксигалогениды элементов III-B». Inorganica Chimica Acta: отзывы. 2: 137–146. Дои:10.1016/0073-8085(68)80019-1.
  14. ^ Goubeau, J .; Келлер, Х. (декабрь 1952 г.). "Über Boroxol-Verbindungen Darstellung, Physikalische und Chemische Eigenschaften". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (на немецком). 267 (1–3): 1–26. Дои:10.1002 / zaac.19522670102.
  15. ^ Фишер, H.D .; Kiehl, J .; Кейн, А. (июнь 1961 г.). «Инфракрасные спектры и термодинамические свойства трифторбороксина (FBO).3 Заключительный отчет HTC-61-90 ". Калвер-Сити, Калифорния: Авиационное подразделение компании Hughs Tool. Получено 27 ноября 2016.
  16. ^ Hildenbrand, Donald L .; Theard, Lowell P .; Сол, Альберт М. (1963). «Транспирация и масс-спектрометрические исследования равновесий с участием кислородных конвертеров (г) и (кислородных конвертеров).3(грамм)". Журнал химической физики. 39 (8): 1973. Дои:10.1063/1.1734569.
  17. ^ Буссар-Пледель, Екатерина; Фонтено, Жиль; Лукас, Жак (июль 1995 г.). «Стекла оксифторида бора в системе B-O-F: новые полимерные стекла типа спагетти». Журнал некристаллических твердых тел. 188 (1–2): 147–152. Дои:10.1016/0022-3093(95)00183-2.
  18. ^ Лукас, Жак (май 1995 г.). «Нетрадиционные стаканы типа спагетти». Журнал некристаллических твердых тел. 184: 21–24. Дои:10.1016/0022-3093(95)00087-9.
  19. ^ Hoppe, P .; Lodders, K .; Strebel, R .; Amari, S .; Льюис, Р. С. (10 апреля 2001 г.). «Бор в досолярных зернах карбида кремния от сверхновых». Астрофизический журнал. 551 (1): 478–485. Дои:10.1086/320075.
  20. ^ а б Баумгартен, Пауль; 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). 72 (9): 1753–1762. Дои:10.1002 / cber.19390720921.
  21. ^ Ерш, Отто; Braida, A .; Bretschneider, O .; Menzel, W .; Плаут, Х. (18 мая 1932 г.). "Die Darstellung, Dampfdrucke und Dichten des BF"3, AsF5 унд BrF3". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (на немецком). 206 (1): 59–64. Дои:10.1002 / zaac.19322060108.
  22. ^ Баумгартен, Пауль; Брунс, Вернер (9 июля 1941 г.). "Uber 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 vervellgewinnrungingaterial". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (серии A и B) (на немецком). 74 (7): 1232–1236. Дои:10.1002 / cber.19410740717.
  23. ^ Чжан, Лэй; Чжан, Вэйцзян; Сюй, Цзяо; Рен, Синь (7 декабря 2014 г.). «Синтез обогащенных 10Кислота борная ядерная "Б". Сделки Тяньцзиньского университета. 20 (6): 458–462. Дои:10.1007 / с12209-014-2303-х. S2CID  91517483.
  24. ^ Гуэрио, Патрис; Тевено, Франсуа; Водитель, Джулиан Х .; Маньен, Тьерри (апрель 1983 г.). «Методы исследования хрупких слоев, полученных расточной обработкой поверхности (Borudif)». Носить. 86 (1): 1–10. Дои:10.1016/0043-1648(83)90083-2.
  25. ^ а б Goeuriot, P .; Thevenot, F .; Драйвер, J.H. (Март 1981 г.). «Обработка поверхности сталей: Борудиф, новый процесс расточки». Тонкие твердые пленки. 78 (1): 67–76. Дои:10.1016/0040-6090(81)90418-1.
  26. ^ а б Смоланов, Джейсон; Лапицкий, Адом; Андерсон, Скотт Л .; Сова-Ресат, Марианна (26 декабря 1994 г.). "Исследование химии оксида бора с помощью кластерного пучка HF". Получено 1 декабря 2016.
  27. ^ Итак, Сук Пинг (май 1985 г.). «Геометрия и устойчивость XBO и BOX, (X F, Cl)». Журнал молекулярной структуры: ТЕОХИМА. 122 (3–4): 311–316. Дои:10.1016/0166-1280(85)80091-9.
  28. ^ Сото, Марибель Р. (апрель 1995 г.). «Определение констант скорости для каналов HBO + F из расчетов пути реакции ab Initio». Журнал физической химии. 99 (17): 6540–6547. Дои:10.1021 / j100017a039.
  29. ^ Мэтьюз, К. Уэлдон (январь 1966 г.). «Спектр излучения кислородного конвертера 4465 Å.2 молекула ». Журнал молекулярной спектроскопии. 19 (1–4): 203–223. Дои:10.1016/0022-2852(66)90242-6.
  30. ^ Латимер, Б .; Девлин, Дж. П. (январь 1967 г.). «Колебательные спектры фтора и хлорпроизводных бороксина-II». Spectrochimica Acta, часть A: Молекулярная спектроскопия. 23 (1): 81–88. Дои: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)». Письма по химической физике. 402 (4–6): 514–518. Дои:10.1016 / j.cplett.2004.12.090.