三化硼（硼 Trifluoride）是一種無機共價化合物，又稱氟化硼、硼烷，化學式BF?。三氟化硼分子結構呈平面三角形，鍵角為120°，三根B-F鍵鍵長相等，并且分子中存在大π鍵。
三氟化硼通常是一種無色氣體，在潮濕空氣中呈煙霧狀，有刺鼻且令人窒息的氣味，有劇毒，溶于水并水解生成硼酸和氫氟酸，還溶于苯、硫酸銅等物質。三氟化硼是一種典型的路易斯酸，可與路易斯堿反應生成配位化合物，此過程會破壞三氟化硼分子中的大π鍵。三氟化硼還能與除鎂外的堿金屬反應，被還原為單質硼。三氟化硼可與胺、醚和醇等有機化合物反應生成配合物，此類配合物可在許多有機反應中作催化劑、固化劑、引發劑。
三氟化硼可以作為硼源用于制備硼粉、滲硼等，還可以在冶金與焊接當中用作助焊劑、潤滑劑。三氟化硼還可以用于中子探測器、半導體、微芯片的制造，是一種應用非常廣泛的物質。
三氟化硼是一種劇毒物質，能對眼睛、皮膚和黏膜造成嚴重刺激，所以在使用中應注意安全。
分子結構
三氟化硼分子采取sp2雜化，F-B-F角120°，且3根B-F鍵鍵長相等，約為131.3±0.1 pm，分子構型為平面三角形，屬于點群中的D3h對稱。硼原子周圍有6個電子，屬于缺電子結構。
三氟化硼分子中存在大π鍵，3個氟原子各有一條充滿電子的p軌道與硼原子未參與雜化的空p軌道形成大π鍵π??。
物理性質
三氟化硼是一種無色氣體，有劇毒，具有刺鼻且令人窒息的氣味，在潮濕空氣中呈煙霧狀。三氟化硼是共價化合物，具有共價化合物的一般性質。溶于水，還溶于苯、甲苯、正己烷、三氯甲烷、二氯甲烷和硫酸銅等物質。儲存在惰性氣體中很穩定。摩爾質量67.81 g/摩爾，密度2.975 g/L，沸點-99.9 ℃，熔點126.8℃，黏度0.0171 mPa·s（25℃ 氣體），汽化熱19.33 KJ/mol（-101℃），表面張力17.2 mN/m，溶解度332 g/100g（0℃溶于水），蒸氣壓10Pa（-173.9℃ 固體），臨界溫度12.2 ℃，臨界壓力49.15 atm，臨界體積115 cm3/mol。
化學性質
水解反應
此外還伴隨著以下副反應。
若是溶于熱水中，則會發生如下副反應。
與路易斯堿反應
三氟化硼是典型的路易斯酸，能與路易斯堿（如氨）結合生成酸堿配位化合物。
三氟化硼與路易斯堿反應時，需從原平面三角形結構轉換為酸堿配位化合物的四面體結構，會破壞大π鍵。
與堿金屬反應
三氟化硼與堿金屬（除鎂外）加熱反應時，會被還原為單質硼，反應高度放熱。
與有機物反應
三氟化硼能與胺、醚和醇等有機物反應生成配合物。
制備方法
三氟化硼常見的制備方法有氟硼酸鹽高溫熱分解法、濃硫酸共熱法、直接氟化法三大類。
氟硼酸鹽高溫熱分解法
氟硼酸鹽高溫條件下會分解釋放出三氟化硼氣體。
以氟硼酸鈉為例。首先對原料氟硼酸鈉進行純化預處理，隨后進行反應，氟硼酸鈉在600~700 ℃和負壓下分解出氣態三氟化硼 ，三氟化硼被液氮冷阱捕集到貯氣鋼瓶中，生成的固態氟化鈉則留在反應器內，可用熱水清洗除掉。
此法設備簡單，產品純度高。但原料氟硼酸鹽價格較貴，過程不易連續，所以此法不適合大量生產三氟化硼氣體。
濃硫酸共熱法
螢石硼酐法
用氟化鈣（螢石）和發煙硫酸反應制得氟化氫，將其與三氧化二硼反應即可制得三氟化硼。
在圓底燒瓶b中加入氟化鈣、三氧化二硼和濃硫酸；在圓底燒瓶c中加入濃硫酸、三氟化硼，在三口瓶d中加入吸收吸收劑，稱其重量，連接裝置，開動攪拌器u，在 b、c瓶下用小火加熱，三氟化硼經c瓶凈化并流入d瓶中被吸收。
此法工藝設備簡單，操作方便，但工藝過程中會產生腐蝕性很強的氟化氫，且收率不高。
硼砂和液體氫氟酸反應法
可用硼砂、氫氟酸反應來制備三氟化硼。
先將裝有氫氟酸的燒杯放在冰浴里，再把研碎的硼砂慢慢加入，加完后再次緩慢通入氟化氫，可以提高產率。反應后過濾沉淀物，將其烘干后與發煙硫酸混合，緩慢加熱即可得到三氟化硼。
此法工藝簡單，原料價格便宜，但制得的三氟化硼含四氟化硅雜質較多，后期不易精制，同時產品最高收率僅為78%左右。
氟硼酸鹽、硼酐、濃硫酸共熱法
加熱氟硼酸鉀、硼酐與硫酸的混合物可以制備三氟化硼。可在酸法加工磷礦石制磷肥時，利用逸出的氟硅酸制得氟化銨，氟化銨[ǎn]與硼酸反應生成銨氟硼砂螯合肥[(NH?)?O(BF?)?]，然后用發煙硫酸分解銨氟硼砂絡合物得到三氟化硼。
此法工藝簡單，但反應過程生成的水較多，加入過量的發煙硫酸也無法完全除去。生成的三氟化硼水合物BF?·nH?O凝聚在設備表面，影響產品純度的提高。但此法對酸法加工磷礦石的廢物利用具有一定的應用價值。
硼酸螢石法
用硼酸、螢石和發煙硫酸混合加熱來制備三氟化硼。利用發煙硫酸的脫水作用，使硼酸脫水得到硼酐。在重鉻酸鉀作用下，三氧化硼、螢石粉和發煙硫酸混合加熱即可得到三氟化硼。
綜合反應式為
應用制酸級螢石粉，二級以上的硼酸和游離三氧化硫，質量分數20 %以上的發煙硫酸來制備。
此法工藝設備簡單、原材料易得、工藝成本低。但其生產過程中，存在反應釜腐蝕嚴重、反應裝置不易清洗等問題，還有待于進一步研究。主要用于制備三氟化硼乙醚絡合物。
直接氟化法
用氟氣直接與硼單質接觸反應制備三氟化硼。
電解制得的氟氣經冷凍液化后，抽空除去其中的易揮發性雜質， 凈化后的氟氣通過管道進入反應器 4 中，與預熱到150 ℃以上的單質硼接觸反應，生成含有少量雜質的三氟化硼。產品氣體經過除塵器5除去其中的固體物質，接著進入精餾塔6，通過精餾去除其中的空氣等雜質氣體從而得到高純度的三氟化硼。
此法制備的三氟化硼氣體純度高，設備簡單，工藝過程可靠，設備清洗及三廢處理方便。
純化方法
在三氟化硼的制備過程中，由于制備方法不同，合成過程中會產生許多不同的雜質，常見雜質有氧氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅、二氧化硫和氟化氫等。所以需要對三氟化硼氣體進行純化處理，三氟化硼常用的純化方法有冷阱法、化學轉化法、低溫精餾法和吸附精餾法等。
冷阱法
冷阱法利用各種氣體的沸點不同而達到分離效果，可以除去雜質氣體中的氧氣、氮氣和氣等輕組分氣體。
將在反應器中生成的含有雜質氣體的三氟化硼氣體粗產品通入冷凍捕集器內進行冷凍，使含有雜質氣體的三氟化硼氣體液化。根據沸點的不同，用真空機組將冷凍捕集器內不能冷凝的高沸點雜質氣體抽空，然后升溫使液體三氟化硼氣化，得到高純度的三氟化硼氣體。
此法操作簡便、成本低，但僅能除去輕組分氣體，得到的三氟化硼氣體純度不高，所以不能用于電子氣體產業。
化學轉化法
化學轉化法是通過化學反應除去雜質的方法。
如利用氣固反應除去氟化氫，將三氟化硼氣體通過填裝有陶瓷環的凈化罐中，氟化氫與陶瓷環發生反應生成氟化鈣沉淀，三氟化硼氣體經過逐級吸收反應后，達到除去氟化氫的目的。在吸收氟化氫氣體的同時，還可以將夾雜在三氟化硼氣體中的霧狀硫酸吸收，進一步純化三氟化硼氣體。
此法適用范圍比較廣，操作相對簡單，并且可以循環利用，在氣體的純化方面有重要的應用。
低溫精餾法
低溫精餾法的原理是在氣液平衡的狀態下，氣相中的低沸點組分含量比液相中高，在精餾塔中經過多次部分蒸發和部分冷凝的氣液平衡過程，可以實現不同組分的分離和提純。
將含有雜質的三氟化硼氣體通過壓縮、液化、低溫精餾、充裝等步驟，可得到純度為99.90%～99.99% 的高純三氟化硼氣體。
此法可以很好地實現兩種物質的分離，但是低溫精餾過程中能耗比較大，對操作條件的要求比較嚴格。
吸附-精餾法
吸附-精餾法通過將三氟化硼氣體通入后降溫，并經過吸附柱除去部分雜質氣體，然后進入精餾裝置，在兩精餾塔內進行多次氣液接觸和傳質，最終得到高純三氟化硼產品氣體。
在填料塔3中進行精餾，塔頂形成的三氟化硼蒸氣高沸點雜質含量較低。蒸氣在冷凝器中冷凝回流，低沸點成分由低沸點雜質排放管排出。純化的液態三氟化硼貯存到產品接受槽。
此法流程合理、制備簡單，可以達到穩定且連續的操作。三氟化硼中的雜質可降到 1 μL/L以下，并解決了環境污染的問題。
聯用法
結合吸附、化學轉化、冷阱和低溫精餾的方法對三氟化硼氣體進行純化。
進料后先通過吸附器1除去二氧化碳、四氟化碳、二氧化硫等雜質氣體，然后進入吸附器2除去氟化氫雜質氣體，再經過冷阱除去氮氣、氧氣、氬等輕組分氣體，最后用低溫精餾除去四氟化硅等雜質氣體。
此方法流程合理，操作簡易，并且可以達到穩定操作，針對不同的雜質氣體采取不同的操作方法，使得三氟化硼氣體中的雜質含量進一步降低，最終得到高純度的三氟化硼氣體。
檢測方法
苯羥乙酸分光光度法
三氟化硼氣體可用苯羥乙酸分光光度法進行測定。用氫氧化鈉作為吸收液采樣三氟化硼。硼標準溶液與苯羥乙酸溶液、氫氧化鈉溶液配制成系列標準溶液，調pH值。加入孔雀石綠溶液并用苯萃取，取出苯層，在633 nm處進行測定，以硼含量為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制標準曲線。樣品溶液用鹽酸溶液調pH值，在633 nm處進行測定，通過比對標準曲線可得硼含量，計算得三氟化硼含量。
電感耦合等離子體發射光譜法
三氟化硼氣體可用電感耦合等離子體發射光譜法進行測定。用氫氧化鈉作為吸收液采樣三氟化硼。硼標準溶液與硝酸溶液配制成系列標準溶液，在249.77 nm處進行測定，以各標準溶液中硼的濃度為橫坐標，相應的發射光強度為縱坐標繪制標準曲線。將樣品溶液前處理后，在249.77 nm處進行測定，通過比對標準曲線可得硼含量，計算得三氟化硼含量。
堿滴定法
溶液中的三氟化硼可用堿滴定法進行測定。向待測定的樣品溶液中加入氯化鈣水溶液得到混合溶液a，向混合溶液a中滴加甲基紅指示劑，然后用氫氧化鈉滴定至黃色，得到混合溶液b，向混合溶液b中加入D-甘露糖醇和phenolphthalein指示劑，然后用氫氧化鈉溶液滴定至pH值為8.1～8.2，記錄所消耗的氫氧化鈉溶液的體積，通過計算得三氟化硼含量。
應用領域
有機合成催化劑
三氟化硼、三氟化硼與有機化合物的配位化合物可以用于催化傅克（Friedel-Crafts）基化反應、酯化反應、烯烴和烷烴的異構化、芳香族化合物的硝化和磺化以及石油裂解和脫硫等有機反應。
環氧樹脂固化劑
三氟化硼能使ep在室溫下以極快的速度聚合，但因其反應太劇烈，樹脂凝膠太快無法操作，所以三氟化硼不宜單獨用作固化劑，常用的是三氟化硼和胺類或醚類的絡合物。 BF-胺/醚螯合肥在一定溫度條件下，釋放出H?，然后由H?攻擊環氧基引發聚合反應。
烯烴聚合引發劑
三氟化硼與質子供體結合（如水等），可以作為許多烯烴聚合反應的引發劑。
如在2-甲基丙烯陽離子聚合中，采用三氟化硼作為主引發劑，原料中的醇或醚作為引發助劑，在一種親核試劑存在下形成引發體系，引發異丁烯陽離子聚合反應。所形成的引發體系可以有效控制異丁烯陽離子聚合反應，所得到的中分子量聚異丁烯轉化率高，分子量調節范圍寬，分子量分布窄，產品純度好。
中子探測器
三氟化硼正比計數管可以用來測量中子，利用熱中子通過1?B(n, α)Li?反應來進行工作，反應所產生的α粒子和?Li 都能在三氟化硼氣體中引起較強的電離，可以使計數器對α粒子和?Li的探測效率達到100%。三氟化硼正比計數管測量慢中子和熱中子的效率都很好。
電子及半導體
硼的同位素11B具有透過中子和γ射線的作用，富集11B 產品在電子、材料等領域具有重要價值。三氟化硼（11BF?）是一種傳統的含硼摻雜氣體，經過汽化電離產生硼離子，通過電場加速，將硼離子注人器件，制造產品，廣泛應用于半導體工業。
豐度為95％的11BF?氣體，可以用于高效太陽能電池板的制作；豐度為99％以上的11BF?氣體，廣泛應用于半導體制造業，作為硼摻雜劑用于硅離子布置，可生產出高集成、高密度的微芯片，并且使體積更小、性能更佳。
制備硼粉
三氟化硼是很好的制備硼粉的原料，以三氟化硼為原料制備硼粉的工藝路線有多種，有金屬熱還原法、氣相沉積法等。硼粉是一種重要的硼精細化工產品，硼具有高的質量能量密度和體積能量密度及清潔燃燒的特性，是目前已知能量最高的固體火箭推進劑之一。硼粉是炸藥引信中延期藥的重要組分，還是制備各種硼化物的重要原料。硼元素具有優越的屏蔽中子和抑制俘獲γ射線的核特性，將硼加入到鋼中可制成硼鋼。
滲硼
滲硼是通過將硼擴散到金屬表面產生硬層達到提高耐磨性目的的過程，可以強化金屬。三氟化硼可作為硼源參與到滲硼過程中。
冶金及焊接
在冶金行業中，三氟化硼是鎂材焊接所用的助焊劑，能防止鎂及其合金在熔融鑄造時發生氧化作用。三氟化硼是鑄鋼的潤滑劑，也是鋼或其他金屬表面硼化處理劑的組分。
安全事宜
毒理學數據
大鼠 LC?? 吸入 1180 mg/立方米/4h
小鼠 LC?? 吸入 3460 mg/m3/2h
豚鼠類 LC?? 吸入 109 mg/m3/4h
狗 LC 吸入 ＞1000 ppm/3h
環境影響
三氟化硼對水生生物有害。當水中氟化物濃度大于1.5 mg/L時，對魚和魚卵有毒，對淡水鮭魚的平均致死濃度為2.3-7.5 mg/L 。
健康危害
三氟化硼是一種劇毒物質，能對眼睛、皮膚和黏膜造成嚴重刺激。
吸入三氟化硼會引起急性中毒，癥狀以干咳、打噴嚏、氣急、胸悶和聲音嘶啞為主，部分出現惡心、食欲減退、流誕等，吸入量大時可出現震鎖、抽搐、肺炎、鼻腔和牙齦出血等。長期慢性吸入會有頭痛、頭暈、乏力等神經衰弱征候群癥狀。皮膚接觸會引起灼傷。眼睛接觸會出現腫脹、角膜糜爛甚至失明。
應對措施
作業安全要求
（1）使用時應戴皮手套，防護眼鏡及臉部防護裝置，防止人身與三氟化硼接觸。
（2）在工作地點附近，應備有正壓呼吸器或帶空氣管線的面部呼吸器。
（3）不允許將氣體從一個氣瓶隨意轉移到另一氣瓶，不能任意將氣瓶增壓。
（4）工作場地空氣中三氟化硼最大允許含量為3 mg/立方米。排放三氟化硼時必須使用氫氧化鉀等堿性水溶液進行吸收、中和處理，并確保吸收劑、中和劑有效和可靠。
運輸及貯存
（1）充裝三氟化硼的氣瓶應符合GB/T 5099.3的規定。 （2）三氟化硼的充裝及貯運應符合TSG R0006、TSG 07、GB/T 14193、《危險化學安全管理條例》和《特種設備安全監察條例》的相關規定。 （3）三氟化硼應存放在陰涼、干燥、通風的庫房內，不應暴曬，遠離熱源。
參考資料 >