Tricloruro di boro

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.

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.

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. 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:

$\mathrm{B}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{C}+3\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{C}\mathrm{O}$

In laboratorio si può ottenere facendo reagire trifluoruro di boro e cloruro di alluminio:

$\mathrm{B}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3+\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3$

Reattività

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

$\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{B}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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

BCl₃ forma addotti con ammine terziarie, fosfine, eteri, tioeteri e ioni alogenuri. 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:

$(\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\mathrm{S}\cdot \mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}(\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\mathrm{S}+\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$

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]⁺.

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

$2\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{M}\mathrm{g}⟶2\mathrm{B}+3\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$

$2\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{B}+6\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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

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

$2\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+\mathrm{R}{\phantom{A}}_4\mathrm{S}\mathrm{n}⟶2\mathrm{R}\mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+\mathrm{R}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{n}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$

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.

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.

Bibliografia

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Collegamenti esterni

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