Αυτό το άρθρο περιέχει σχετικά με τη δομή, το σχήμα, τα ηλεκτρόνια σθένους, τον συντονισμό του BF3 lewis και πολλά πιο λεπτομερή στοιχεία.
Στη δομή BF3 lewis, το σχήμα του μορίου είναι επίπεδο τριγωνικό με γωνία δεσμού 1200. Το κεντρικό άτομο Β είναι το sp2 υβριδοποιημένο. Τρία άτομα F υπάρχουν στις τρεις γωνίες του τριγωνικού τμήματος. Λόγω του ότι έχει μια κενή θέση στο Β, μπορεί να δεχτεί ηλεκτρόνια ή μεμονωμένα ζεύγη και συμπεριφέρεται ως οξύ λούις.
Τρία άτομα F και Β υπάρχουν στο ίδιο επίπεδο. Το μόριο είναι μη πολικό λόγω μηδενικής διπολικής ροπής. Το μήκος του δεσμού BF είναι κοντά στις 130 μ.μ. Είναι ισοηλεκτρονικό με ανθρακικό ανιόν.
Μερικά σημαντικά γεγονότα για BF3
Το BF3 είναι αέριο στη φυσική του κατάσταση και είναι ένα άχρωμο αέριο μόριο με έντονη οσμή. Είναι ένα πολύ τοξικό ζωντανό ον. Το σημείο βρασμού και το σημείο τήξης του BF3 είναι 172.8 K και 146.3 K αντίστοιχα.
Στο εργαστήριο, το τριφθοριούχο βόριο μπορεί να παρασκευαστεί με την αντίδραση υδροφθορίου και οξειδίου του βορίου.
B2O3 + 6HF = 2BF3 + 3Η2O
Λόγω της θέσης του με έλλειψη ηλεκτρονίων, μπορεί να συμμετέχει σε πολλές οργανικές αντιδράσεις ως ηλεκτρόφιλο.
1. Πώς να σχεδιάσετε τη δομή BF3 lewis
Δομή Lewis είναι επίσης γνωστή ως δομή κουκκίδας lewis και βοηθά να βρεθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εμπλέκονται στο σχηματισμό δεσμών, ο αριθμός των μονών ζευγών, η γωνία δεσμού σχήματος και ο τρόπος δέσμευσης ενός μορίου.
Στο BF3 δομή lewis, θα πρέπει να θεωρήσουμε τα ηλεκτρόνια σθένους των Β και Ι. Το Β έχει 3 ηλεκτρόνια σθένους και το F έχει 7 ηλεκτρόνια σθένους. Μεταξύ αυτών, το F χρησιμοποιεί μόνο ένα ηλεκτρόνιο για το σχηματισμό δεσμών, επομένως τα υπόλοιπα 6 ηλεκτρόνια υπάρχουν ως μόνα ζεύγη. Ο Β δεν έχει μεμονωμένο ζευγάρι.
Τότε θα πρέπει να αναγνωρίσουμε το κεντρικό άτομο με ηλεκτραρνητικότητα. Εδώ το B είναι λιγότερο ηλεκτραρνητικό από το F, επομένως το Β είναι το κεντρικό άτομο και τρία άτομα F υπάρχουν σε τρεις γωνίες. Το μόριο είναι ουδέτερο, επομένως απαιτείται για την προσθήκη ή την αφαίρεση ηλεκτρονίων. Τώρα τα άτομα Β και τρία F συνδέονται μέσω απλών δεσμών μόνο για να ικανοποιήσουν την οκτάδα τους.
2. Σχήμα δομής BF3 lewis
Ολόκληρη η πυκνότητα ηλεκτρονίων βρίσκεται στο BF3 δομή lewis μόνο στο κεντρικό άτομο Β.
Η δομή είναι τριγωνική επίπεδη με το Β σε μια κεντρική θέση του τριγωνικού τμήματος και τρία άτομα F στις τρεις γωνίες αυτού του τριγώνου. Τα μεμονωμένα ζεύγη αντιστοιχίζονται στα τρία άτομα F μόνο στη θέση γωνίας.
3. Ηλεκτρόνια σθένους BF3
Στο BF3 δομή lewis, τρία άτομα F συνδέονται στο κεντρικό Β μόνο μέσω απλών δεσμών.
Η ηλεκτρονική διαμόρφωση του B είναι [He]2s22p1, έτσι υπάρχουν ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο φλοιό σθένους και τρία ηλεκτρόνια εμπλέκονται στο σχηματισμό δεσμών με τρία άτομα F. Αλλά η ηλεκτρονική διαμόρφωση του F είναι [He]2s22p5. Έτσι, στο πιο εξωτερικό κέλυφος το F έχει επτά ηλεκτρόνια.
Άρα ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους στο μόριο BF3 είναι (7 * 3) + 3 = 24
4. Επίσημη χρέωση δομής BF3 lewis
Το τυπικό φορτίο ενός συγκεκριμένου ατόμου ή μορίου υπολογίζεται υποθέτοντας την ίδια ηλεκτραρνητικότητα για όλα τα άτομα.
Ο κοινός τύπος για τον υπολογισμό της επίσημης χρέωσης είναι, FC = Nv - Νlp -1/2 Βbp
Όπου ο Νv είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στη στιβάδα σθένους, Nλπ είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο μοναχικό ζεύγος και Nbp είναι ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων που εμπλέκονται μόνο στο σχηματισμό του δεσμού.
Στη δομή BF3 lewis, πρέπει να υπολογίσουμε τα τυπικά φορτία ξεχωριστά για τα άτομα Β και F.
Fή Β = 3-0-(6/2) = 0
Fή F = 7-6-(2/2)= 0
Έτσι, βλέπουμε ότι το τυπικό φορτίο του B, όπως και του F, είναι 0. Επίσης, αντικατοπτρίζεται ότι το μόριο είναι ουδέτερο και δεν έχει φορτίο πάνω του.
5. Μοναχικά ζεύγη δομής BF3 lewis
Μοναχικά ζεύγη είναι εκείνα τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο κέλυφος σθένους αλλά δεν συμμετέχουν στο σχηματισμό του δεσμού.
Από την ηλεκτρονική διαμόρφωση του Β, είναι προφανές ότι έχει 3 ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους του και όλα τα ηλεκτρόνια συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμού με τρία άτομα F. Άρα, το Β είναι έλλειψη μοναχικού ζεύγους σε τριφθοριούχο βόριο. Αλλά η ηλεκτρονική διαμόρφωση του F μπορούμε να δούμε ότι έχει 7 ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους καθώς είναι ένα στοιχείο της ομάδας VIIA. Μεταξύ 7 ηλεκτρονίων μόνο ένα ηλεκτρόνιο εμπλέκεται με το Β για το σχηματισμό δεσμού. Έτσι, τα υπόλοιπα από τα έξι ηλεκτρόνια υπάρχουν ως 3 ζεύγη μοναχικών ζευγών σε κάθε άτομο F.
Άρα, ο συνολικός αριθμός των μεμονωμένων ζευγών στο τριφθοριούχο βόριο είναι 0+(6*3) =18
6. Κανόνας οκτάδας δομής BF3 lewis
Κάθε άτομο σε ένα μόριο προσπαθεί να ολοκληρώσει την οκτάδα του δωρίζοντας ηλεκτρόνια από το φλοιό σθένους ή δεχόμενο ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους και αποκτώντας την πλησιέστερη διαμόρφωση ευγενούς αερίου.
Το B είναι το 13ο στοιχείο της ομάδας ap block, επομένως έχει 3 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του περίβλημα. Σχηματίζοντας έναν δεσμό με τρία άτομα f, ο Β μοιράζεται ένα ηλεκτρόνιο από κάθε άτομο F σε υβριδισμό. Κερδίζει όμως μόνο 6 ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους (δύο σε τροχιακό s και τέσσερα σε τροχιακό p) αλλά αποκτά σταθερότητα λόγω μηδενικής επίσημης χρέωσης και είναι παραβίαση του κανόνα της οκτάδας, Άρα το Β είναι ηλεκτρικό.
Αλλά στην περίπτωση του F, έχει επτά ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους του και μοιράζεται ένα ηλεκτρόνιο με το Β, και συμπληρώνει πλήρως την οκτάδα του.
Έτσι, στο BF3 δομή lewis, μπορούμε να δούμε ότι το ηλεκτρόνιο σθένους στο σχηματισμό δεσμού θα είναι 3 από το Β και 1 από κάθε άτομο F. Άρα, ο αριθμός των συνολικών ηλεκτρονίων που εμπλέκονται στο σχηματισμό δεσμού του τριφθοριούχου βορίου είναι 3+(3*1) =6 που αποτελεί παραβίαση του κανόνα της οκτάδας.
7. Γωνία δεσμού δομής BF3 lewis
Η γωνία δεσμού ενός μορίου είναι η γωνία στην οποία σχηματίζονται δύο ή περισσότερα άτομα κατά τον σχηματισμό ενός μορίου.
Από τη θεωρία VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion), ένα μόριο που έχει τριγωνικό επίπεδο σχήμα έχει γωνία δεσμού 1200. Από το BF3 δομή lewis, είναι προφανές ότι το σχήμα του μορίου είναι τριγωνικό επίπεδο, επομένως η γωνία δεσμού μεταξύ του FBF είναι 1200. Λόγω του μικρότερου μεγέθους του ατόμου F, η απώθηση μοναχικού ζεύγους ελαχιστοποιείται εδώ. Άρα, η γωνία είναι ιδανική 1200 και δεν έχει απαίτηση απόκλισης.
8. Συντονισμός δομής BF3 lewis
Ο συντονισμός είναι μια υποθετική έννοια ενός μορίου για την μετεγκατάσταση των νεφών ηλεκτρονίων του σε διαφορετικές μορφές σκελετού.
Οι δομές II, III και IV είναι ισοδύναμες και έχουν μεγαλύτερη συνεισφορά στον συντονισμό καθώς περιέχουν περισσότερους ομοιοπολικούς δεσμούς. Εάν ο αριθμός των ομοιοπολικών δεσμών είναι ίσος για περισσότερες από μία δομές, τότε θα πρέπει να ελέγξουμε ότι το αρνητικό φορτίο είναι στο ηλεκτραρνητικό άτομο ή το θετικό φορτίο σε ένα ηλεκτροθετικό άτομο.
9. Υβριδισμός BF3
Ο υβριδισμός είναι επίσης μια υποθετική έννοια για τον προσδιορισμό του τρόπου σύνδεσης ενός ομοιοπολικού μορίου με ανάμιξη τροχιακών δύο ή περισσότερων ατόμων για να ληφθούν υβριδικά τροχιακά.
Ο υβριδισμός οποιουδήποτε μορίου υπολογίζεται από τον τύπο
Η = 0.5 (V+M-C+A), όπου H= τιμή υβριδισμού, V είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους στο κεντρικό άτομο, M = μονοσθενή άτομα που περιβάλλονται, C=αρ. κατιόντος, Α=αρ. του ανιόντος.
Στο BF3 δομή lewis, το κεντρικό Β έχει τρία ηλεκτρόνια σθένους (ένα σε s και δύο σε τροχιακό p) και υπάρχουν τρία άτομα F στο περιβάλλον.
Έτσι, η τιμή υβριδισμού για το τριφθοριούχο βόριο είναι = ½(3+3+0+0)= 3 (sp2)
| Structure | Τιμή υβριδισμού | Κατάσταση υβριδισμού κεντρικού ατόμου | Γωνία δεσμού |
| Γραμμικός | 2 | sp /sd / pd | 1800 |
| Planner τριγωνικό | 3 | sp2 | 1200 |
| Τετράεδρος | 4 | sd3/ sp3 | 109.50 |
| Τριγωνικό διπυραμιδικό | 5 | sp3d/dsp3 | 900 (αξονική), 1200(ισημερινού) |
| Οκτάεδρος | 6 | sp3d2/ δ2sp3 | 900 |
| Πεντάγωνο διπυραμιδικό | 7 | sp3d3/d3sp3 | 900, 720 |
Από τον παραπάνω πίνακα, μπορούμε να πούμε ότι εάν η τιμή υβριδισμού είναι 3, τότε ο τρόπος υβριδισμού θα είναι sp2 που σημαίνει ότι ένα s και δύο p τροχιακά εμπλέκονται σε αυτόν τον υβριδισμό. Εδώ εμπλέκονται s και p τροχιακό του B και μόνο το τροχιακό P του F.
Το βόριο είναι η ομάδα 13th στοιχείο έτσι στη βασική κατάσταση, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του βορίου είναι [Αυτός] 2 δευτερόλεπτα22p1Το .P τροχιακό μπορεί να συσσωρεύσει το πολύ 6 ηλεκτρόνια. Για να ολοκληρώσουμε το τροχιακό p, χρειαζόμαστε άλλα 3 ηλεκτρόνια. Το F είναι από την οικογένεια αλογόνου και την ομάδα 17th άρα η ηλεκτρονική διαμόρφωση είναι [Αυτός] 2 δευτερόλεπτα22p5. Για να συμπληρωθεί η οκτάδα του Β χρειάζεται άλλα 5 ηλεκτρόνια και για να ολοκληρωθεί η οκτάδα του Φθορίου χρειαζόταν ένα ηλεκτρόνιο.
Τώρα με την ανάμειξη τροχιακού σε υβριδισμό κάθε άτομο F μοιράζεται ένα ηλεκτρόνιο με το Β και συμπληρώνει την οκτάδα αλλά για το Β τρία ηλεκτρόνια προέρχονται από 3 F αλλά η οκτάδα δεν είναι πλήρης όπως φαίνεται στο πλαίσιο διάγραμμα, άρα είναι παραβίαση του κανόνα της οκτάδας.
Ορίστε λοιπόν ένα s και δύο P τα τροχιακά αναμειγνύονται και δίνουν sp2 υβριδικό τροχιακό. Από τον πίνακα, μπορούμε να δούμε ότι το sp2 το υβριδοποιημένο μόριο έχει 1200 Η γωνία του δεσμού και το σχήμα του θα είναι τριγωνικό επίπεδο το οποίο αντανακλάται και στη θεωρία VSEPR.
Στον υβριδισμό, θεωρούμε μόνο τον δεσμό σίγμα, ο δεσμός π δεν εμπλέκεται στον υβριδισμό.
10. Διαλυτότητα BF3
Αν και το BF3 είναι ένα ομοιοπολικό μόριο, μπορεί να διαλυθεί στο νερό με τη διαδικασία της υδρόλυσης.
Στην πραγματικότητα, στο BF3 δομή lewis, η οκτάδα του Β δεν έχει ολοκληρωθεί και υπάρχει ένα κενό τροχιακό p διαθέσιμο στο Β, έτσι εδώ μπορεί να πάρει το μοναδικό ζεύγος οξυγόνου από ένα μόριο νερού και να αντιδράσει με το νερό και να υδρολυθεί αργά.
Μπορεί επίσης να είναι διαλυτό σε πολλούς οργανικούς και μη πολικούς διαλύτες επίσης.
11. Το BF3 είναι ιοντικό;
Σύμφωνα με τον κανόνα του Fajan, κανένα μόριο δεν είναι 100% ιοντικό ή ομοιοπολικό.
Το μέγεθος του B είναι πολύ μικρό, ώστε να μπορεί εύκολα να πολώσει οποιοδήποτε ανιόν με βάση το ιοντικό του δυναμικό, αλλά το μέγεθος του F είναι επίσης μικρό, επομένως δεν μπορεί να πολωθεί εύκολα. Αλλά λόγω του ιοντικού δυναμικού και του κανόνα της πόλωσης του Bf3 του Fajan δομή lewis, μπορούμε να πούμε ότι το BF3 περιέχει μικρή ποσότητα ιοντικού χαρακτήρα.
12. Είναι το BF3 πολικό ή μη πολικό;
Η πολικότητα ενός μορίου εξαρτάται από τη διπολική ροπή.
Η διπολική ροπή δρα πάντα από ηλεκτροθετικό άτομο σε ηλεκτραρνητικό άτομο. Εδώ η διπολική ροπή δρα από το άτομο B στο F. Αλλά στο BF3 δομή lewis, το σχήμα του μορίου είναι επίπεδο τριγωνικό, επομένως η προκύπτουσα διπολική ροπή του Β προς δύο άτομα F είναι ακριβώς απέναντι από τη διπολική ροπή από το Β στο τρίτο άτομο F. Έτσι, και οι δύο διπολικές ροπές ελαχιστοποιούν την καθαρή διπολική ροπή που είναι μηδέν για το μόριο BF3.
Λόγω της μηδενικής διπολικής ροπής, το μόριο BF3 είναι μη πολικό.
13. Το BF3 είναι όξινο ή βασικό;
Το μόριο BF3 δρα ως ισχυρό οξύ λούις, μπορεί να δεχθεί ηλεκτρόνια στο κενό τροχιακό του.
Από το BF3 δομή lewis, μπορούμε να δούμε ότι το Β δεν είναι πλήρες στην οκτάδα του και υπάρχει ένα κενό τροχιακό p μετά τον υβριδισμό sp2 στο Β. Άρα, το Β έχει έλλειψη ηλεκτρονίων εδώ και μπορεί να δεχτεί ζεύγη ηλεκτρονίων ή μεμονωμένων από το αντίστοιχο μόριο ή άτομα και μπορεί δρα ως οξύ λούις. Η ηλεκτραρνητικότητα τριών ατόμων F αυξάνει τις πιθανότητες αποδοχής ηλεκτρονίων και συμπεριφέρεται ως ισχυρό οξύ λούις.
Ακόμη και το BF3 αντιδρά με το νερό για να σχηματιστεί υδροβορικό οξύ.
Υπάρχει καμία πιθανότητα πίσω συγκόλλησης στο BF3;
Λόγω της παρουσίας των 3 ηλεκτραρνητικών ατόμων F, η πυκνότητα ηλεκτρονίων σίγμα από το κέντρο Β απομακρύνεται.
Έτσι, το κέντρο Β γίνεται λιγότερο ηλεκτροθετικό. Προκειμένου να μειωθεί η ανεπάρκεια ηλεκτρονίων στο Β, 3 άτομα F δίνουν πυκνότητα ηλεκτρονίων π ταυτόχρονα προς το κεντρικό Β που οδηγεί στο σχηματισμό του pπ- Ππ πίσω συγκόλληση.
Συγκρίνετε την οξύτητα του BF3, BCl3, BBr3, ΒΙ3
BI3 έχει υψηλότερη οξύτητα λούις από άλλα και η σειρά της οξύτητας μειώνεται από δεξιά προς τα αριστερά.
BI3>BBr3>BCl3>BF3
Λόγω του μεγαλύτερου μεγέθους του I η τροχιακή αναντιστοιχία είναι εδώ μεγαλύτερη. Έτσι, ο πίσω δεσμός είναι μικρότερος εδώ, οπότε το κενό τροχιακό του Β μπορεί εύκολα να δεχτεί ηλεκτρόνια από οποιαδήποτε βάση lewis.
Το μήκος δεσμού του BF στο BF3 αναμένεται να είναι μικρότερο. Γιατί;
Στο BF3 δομή lewis, το μήκος του δεσμού είναι 131.8 μ.μ. αλλά τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι το μήκος του δεσμού είναι 130 μ.μ.
Ο λόγος πίσω από το μικρότερο μήκος δεσμού είναι η οπίσθια σύνδεση π μεταξύ B και F. Λόγω αυτής της οπίσθιας σύνδεσης θα παρατηρηθεί ένας μερικός χαρακτήρας διπλού δεσμού μεταξύ B και F. έτσι το μήκος δεσμού μειώνεται.
Συμπέρασμα
Από την παραπάνω συζήτηση για το BF3 μόριο, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο Β παραβίασε τον κανόνα της οκτάδας εδώ αλλά απέκτησε σταθερότητα λόγω μηδενικού τυπικού φορτίου. Το σχήμα και η γωνία δεσμού του μορίου μπορούν να προβλέψουν από τη θεωρία VSEPR καθώς και από τον υβριδισμό. BF3 μπορεί να συμπεριφέρεται ως ισχυρό οξύ λούις λόγω του κενού τροχιακού του Β και υπάρχει πιθανότητα οπισθοδεσμού μεταξύ Β και F. Το μόριο είναι μη πολικό λόγω της μηδενικής διπολικής ροπής του.
