分子結構
三氟化硼(BF3)是硼的氟化物。由于硼是缺電子結構,三氟化硼形成一個4中心6電子的大π鍵,6個電子分别由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軌道肩并肩,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。
物理性質
外觀與性狀:無色氣體,有窒息性,在潮濕空氣中可産生濃密白煙。
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:溶于冷水。
化學性質
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、钛、锆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,與路易斯堿行成加合物。
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産物。
在傅-克烷基化反應中:
RX + BF3 ⇌ R+ + BF3X−
R+ + C6H6 ⇌ C6H5R + H+
在傅-克酰基化反應中:
RCOOCH3 + BF3 → 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•BF3
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。
制備方法
傳統的生産方法是以硼砂、螢石在硫酸存在下反應制得。此法收率低,且有四氟化矽雜質。
CaF2+H2SO4=CaSO4+2HFB2O3+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,生成的氣體經淨化後進入收集器,深冷後再分餾即得産品。
Na2B4O7+12HF→Na2O(BF3)4+6H2O
Na2O(BF3)4+2H2SO4→4BF3+2NaHSO4+H2O
實驗室中,BF3可由氟硼酸重氮鹽分解制得:
PhN2BF4→PhF+BF3+N2。
主要應用
1、常用作縮合、離子聚合、異構化等反應的催化劑,還是制備四氟硼酸鹽的原料
2、用于半導體器件和集成電路生産的離子注入和摻雜。
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、制備鹵化硼、元素硼、硼烷、硼氫化鈉等的主要原料。
5、電子工業等。
毒理性質
健康危害:急性中毒:主要症狀有幹咳、氣急、胸悶、胸部緊迫感;部分患者出現惡心、食欲減退、流涎;吸入量多時,有震顫及抽搐,亦可引起肺炎。皮膚接觸可緻灼傷。
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,産生白色煙霧。腐蝕性很強,冷時也能腐蝕玻璃。
應急處理
1、洩漏應急處理
迅速撤離洩漏污染區人員至上風處,并立即隔離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。盡可能切斷洩漏源。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産生的大量廢水。如有可能,将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内。漏氣容器要妥善處理,修複、檢驗後再用。
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着,用大量流動清水沖洗。就醫。
眼睛接觸:立即提起眼睑,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,可能的話将容器從火場移至空曠處。滅火劑:幹粉、二氧化碳。
注意事項
侵入途徑:吸入。
健康危害:急性中毒:主要症狀有幹咳、氣急、胸悶、胸部緊迫感;部分患者出現惡心、食欲減退、流涎;吸入量多時,有震顫及抽搐,亦可引起肺炎。皮膚接觸可緻灼傷。
急性毒性:LC501180mg/m3,4小時(大鼠吸入)
亞急性和慢性毒性:動物亞急性和慢性毒性實驗,主要引起呼吸道刺激、肺炎及腎小管變性;尿氟含量增加;可發生氟斑牙。
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,産生白色煙霧。腐蝕性很強,冷時也能腐蝕玻璃。
燃燒(分解)産物:氟化氫、氧化硼。
禁配物:水、胺類、醇類、堿類。
廢棄處置方法:根據國家和地方有關法規的要求處置。或與廠商或制造商聯系,确定處置方法。
運輸注意事項:采用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,并應将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄闆,并用三角木墊卡牢,防止滾動。嚴禁與醇類、堿類、食用化學品等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。公路運輸時要按規定路線行駛,禁止在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。
安全術語
S16:遠離火源。(Keep away from sources of ignition.)
S26:不慎與眼睛接觸後,請立即用大量清水沖洗并征求醫生意見。(In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.)
S36/37/39:穿戴适當的防護服、手套和護目鏡或面具。(Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.)
S45:若發生事故或感不适,立即就醫(可能的話,出示其标簽)。(In case of accident or if you feel unwell, seek medical advice immediately (show the label whenever possible.)
風險術語
R11:高度易燃。(Highly flammable.)
R14:遇水反應劇烈。(Reacts violently with water.)
R26:吸入有極高毒性。(Very toxic by inhalation.)
R35:引起嚴重灼傷(Causes severe burns.)
法規信息
化學危險物品安全管理條例 (1987年2月17日國務院發布),化學危險物品安全管理條例實施細則 (化勞發[1992] 677号),工作場所安全使用化學品規定 ([1996]勞部發423号)等法規,針對化學危險品的安全使用、生産、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定;常用危險化學品的分類及标志 (GB 13690-92)将該物質劃為第2.3 類有毒氣體;劇毒物品分級、分類與品名編号(GA 57-93)中,該物質的液化或壓縮品被劃為第三類 B級無機劇毒品。