Tricloruro di boro

Tricloruro di boro
Schema di struttura del tricloruro di boro
Modello CPK della molecola di tricloruro di boro
Nomi alternativi
cloruro di boro(III)
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	BCl3
Massa molecolare (u)	117,17
Aspetto	gas incolore, fumante all'aria
Numero CAS	10294-34-5
Numero EINECS	233-658-4
PubChem	25135
SMILES	ClB(Cl)Cl
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m^−3, in c.s.)	5,252
Solubilità in acqua	si decompone
Temperatura di fusione	–107,2 °C (166,0 K)
Temperatura di ebollizione	12,6 °C (285,8 K)
Tensione di vapore (Pa) a 293 K	160 000
Proprietà termochimiche
ΔfH^0 (kJ·mol^−1)	–404
ΔfG^0 (kJ·mol^−1)	–389
S^0m(J·K^−1mol^−1)	290
C^0p,m(J·K^−1mol^−1)	62,8
Proprietà tossicologiche
DL50 (mg/kg)	2541 ratto
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
Frasi H	280 - 300 - 314 - 330
Consigli P	260 - 280 - 304+340 - 303+361+353 - 305+351+338 - 315 - 403 - 405

Il tricloruro di boro o cloruro di boro(III) è il composto inorganico di formula BCl₃. In condizioni normali è un gas incolore che fuma a contatto con l'aria umida, e reagisce rapidamente a contatto con l'acqua. In questo composto il boro è nello stato di ossidazione +3. Viene usato principalmente per la preparazione di fibre di boro da inserire in materiali compositi.

Struttura

BCl₃ è un composto molecolare, gassoso in condizioni normali. Come gli altri alogenuri del boro, anche per BCl₃ la molecola è planare. Gli angoli Cl–B–Cl sono di 120° e la simmetria è D_3h. Le distanze B–Cl sono di 175 pm, significativamente minori di quelle previste per un semplice legame σ; questo suggerisce che sia presente una interazione π tra gli orbitali p perpendicolari al piano molecolare. L'effettiva entità di questa interazione è dibattuta.^[1]

BCl₃ normalmente non forma dimeri; la possibile formazione di dimeri è stata osservata solo a temperature molto basse (20 K). Questo comportamento contrasta con quello di altri trialogenuri del gruppo 13, come AlCl₃ e GaCl₃ che formano dimeri.^[1]

Sintesi

BCl₃ si può ottenere a partire da ossido di boro, acido borico o altri composti di boro effettuando una clorurazione ad alta temperatura tramite cloro, acido cloridrico, fosgene o altri agenti cloruranti.^[2] Industrialmente si ottiene per clorurazione diretta di ossido di boro con cloro in presenza di carbone; la sintesi è analoga al processo Kroll che converte il diossido di titanio in tetracloruro di titanio:^[1]

${\displaystyle {\ce {B2O3 + 3C + 3Cl2 -> 2BCl3 + 3CO}}}$

In laboratorio si può ottenere facendo reagire trifluoruro di boro e cloruro di alluminio:^[1]

${\displaystyle {\ce {BF3 + AlCl3 -> BCl3 + AlF3}}}$

Reattività

BCl₃ è un composto molto reattivo, forte acido di Lewis. Con l'acqua reagisce violentemente formando acido cloridrico e acido borico:

${\displaystyle {\ce {BCl3 + 3H2O -> B(OH)3 + 3HCl}}}$

Per riscaldamento BCl₃ si decompone formando cloro e cloruro di idrogeno.

BCl₃ forma addotti con ammine terziarie, fosfine, eteri, tioeteri e ioni alogenuri.^[3] Un esempio è BCl₃·S(CH₃)₂ (CAS# 5523-19-3), spesso impiegato come fonte di BCl₃ facile da maneggiare, dato che è un solido (p.f. 88–90 °C) che rilascia BCl₃:

${\displaystyle {\ce {(CH3)2S*BCl3 <=> (CH3)2S + BCl3}}}$

L'addotto con lo ione cloruro è [BCl₄]^–, specie meno stabile dell'analogo [BF₄]^–, e che si può ottenere solo in presenza di controioni molto grandi, tipo [ⁿBu₄N]⁺.^[1]

La reazione a temperatura elevata tra BCl₃ e magnesio o idrogeno è usata per ottenere varie forme di boro elementare:^[1]

${\displaystyle {\ce {2BCl3 + 3Mg -> 2B + 3MgCl2}}}$

${\displaystyle {\ce {2BCl3 + 3H2 -> 2B + 6HCl}}}$

Facendo passare una scarica elettrica attraverso BCl₃ a pressione ridotta si formano tetracloruro di diboro, Cl₂B-BCl₂, e tetracloruro di tetraboro, B₄Cl₄.^[4]

Per reazione tra BCl₃ e stannani si ottengono cloruri di boro con sostituenti alchilici o arilici:

${\displaystyle {\ce {2BCl3 + R4Sn -> 2RBCl2 + R2SnCl2}}}$

Usi

La maggior parte del BCl₃ è usato per preparare fibre di boro da utilizzare in materiali compositi per l'industria aeronautica e spaziale, e per attrezzature sportive. Si usa anche nella raffinazione di leghe di alluminio, magnesio, zinco e rame per rimuovere nitruri, carburi e ossidi. È stato usato come flussante per saldare leghe di alluminio, ferro, zinco, tungsteno e monel. Come catalizzatore, in genere per reazioni di Friedel-Crafts, è utilizzato in varie reazioni organiche, ad esempio per la polimerizzazione di olefine e fosfazeni. Viene usato inoltre come precursore per la sintesi di altri composti di boro, e per l'incisione al plasma (plasma etching) nella fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore.^[2][5]

Indicazioni di sicurezza

BCl₃ è disponibile in commercio. Il gas si idrolizza rapidamente all'aria umida formando acido cloridrico e acido borico, ed è corrosivo per la pelle, gli occhi e tutte le mucose. Per inalazione danneggia i polmoni. Non ci sono dati che indichino proprietà cancerogene.^[6]

Note

1. Greenwood e Earnshaw 1997
2. Patnaik 2003
3. Gerrard e Lappert 1958
4. Wartik et al. 1967
5. Brotherton et al. 2002
6. IFA GESTIS, Pagina del tricloruro di boro sul database IFA GESTIS, su gestis-en.itrust.de. URL consultato il 7 maggio 2012.

Bibliografia

• (EN) R.J. Brotherton,, C.J. Weber, C. R. Guibert e J.L. Little, Boron compounds, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Hoboken, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a04_309.
• (EN) W. Gerrard e M.F. Lappert, Reactions Of Boron Trichloride With Organic Compounds, in Chem. Rev., vol. 58, n. 6, 1958, pp. 1081–1111, DOI:10.1021/cr50024a003.
• (EN) N.N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.
• (EN) P. Patnaik, Handbook of inorganic chemicals, New York, McGraw-Hill, 2003, ISBN 0-07-049439-8.
• (EN) T. Wartik, R. Rosenberg, W.B. Fox, T.D. Coyle e J.J. Ritter, Diboron Tetrachloride, in Inorg. Synth., vol. 10, 1967, pp. 118–125, DOI:10.1002/9780470132418.ch18.

Altri progetti

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Tricloruro di boro

Collegamenti esterni

• (EN) boron trichloride, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

Controllo di autorità	GND (DE) 4146380-8

Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia