Pentafluoruro di arsenico

Il pentafluoruro di arsenico è un composto binario con formula AsF5 in cui l’arsenico presenta numero di ossidazione +5.
È una molecola ipervalente definita come una molecola in cui sono presenti più di quattro paia di elettroni intorno all’atomo centrale e pertanto non rispetta la regola dell’ottetto proposta da Gilbert Lewis nel 1916.

Le molecole ipervalenti sono state definite da Musher come quelle molecole degli elementi dei gruppi 15-18 in uno qualsiasi dei loro stati di ossidazione diverso dal loro stato di ossidazione più basso. Infatti nel pentafluoruro di arsenico il metallo appartiene al Gruppo 15 e presenta un numero di ossidazione maggiore rispetto a +3.

Il pentafluoruro di fosforo è un gas incolore dall’odore pungente che condensa alla temperatura di – 53.2 °C dando un liquido giallo. È un forte ossidante ed è utilizzato come dopante per rendere conduttivi alcuni polimeri. È un acido di Lewis infatti è un accettore di ioni fluoruro infatti quando il pentafluoruro di arsenico reagisce con il tetrafluoruro di zolfo, accetta lo ione F trasformandosi in esafluoroarsenato AsF6 .

AsF5 +SF4 –> SF3 + AsF6

Struttura del pentafluoruro di arsenico

Per determinare la struttura del pentafluoruro di arsenico si considerano gli elettroni di valenza ovvero gli elettroni che si trovano nel guscio più esterno di ciascun atomo che costituisce la molecola. L’arsenico è un elemento del gruppo 15 della Tavola Periodica appartenente al 4° Periodo con numero atomico 33 e configurazione elettronica  [Ar] 3d¹⁰4s²4p³. Gli elettroni di valenza sono quelli appartenenti al guscio più esterno e sono, in totale pari a 2 + 3 = 5

Il fluoro è un alogeno ed è un elemento del gruppo 17 della Tavola Periodica appartenente al 2° Periodo con numero atomico 9 e configurazione elettronica [He] 2s²4p5. Gli elettroni di valenza sono quelli appartenenti al guscio più esterno e sono, in totale pari a 2 + 5 = 7. Poiché nella molecola di pentafluoruro di arsenico vi sono 5 atomi di fluoro essi contribuiscono con 7 · 5 = 35 elettroni di valenza.

Il totale degli elettroni di valenza è quindi pari a 5 + 35 = 40. Per scrivere la struttura di Lewis si posiziona l’elemento con elettronegatività minore, ovvero l’arsenico, al centro e i cinque atomi di fluoro sono posizionati attorno all’atomo centrale. Si mettono 2 elettroni tra l’arsenico e ciascun atomo di fluoro per un totale di 10 elettroni.

struttura del pentafluoruro di arsenico da Chimicamo
struttura del pentafluoruro di arsenico

Per soddisfare i requisiti della regola dell’ottetto si posizionano 6 elettroni intorno a ciascun atomo di fluoro per un totale di 5 · 6 = 30. In tal modo tutti e 40 gli elettroni di valenza sono stati posizionati. Tuttavia Gli atomi di fluoro hanno gusci esterni completi con 8 elettroni di valenza attaccati a ciascun atomo. Tuttavia, l’atomo centrale di arsenico ha 10 elettroni di valenza legati ad esso ed è un’eccezione alla regola dell’ottetto in quanto ha più di 8 elettroni nel guscio esterno.

Il pentafluoruro di arsenico ha cinque legami covalenti e ciò corrisponde alla presenza di cinque domini elettronici attorno all’atomo centrale pertanto l’ibridazione è sp3d e, secondo la teoria VSEPR la struttura è trigonale bipiramidale con distribuzione simmetrica della carica sull’atomo centrale e pertanto la molecola è apolare.

Sintesi

Il pentafluoruro di arsenico può essere  ottenuto dalla reazione diretta tra arsenico e fluoro secondo la reazione:
2 As +5 F2 → 2 AsF5
Un altro metodo prevede la fluorurazione del trifluoruro di arsenico a bassa temperatura:
AsF3 + F2 → AsF5

Tuttavia, la via sintetica più comunemente usata per ottenere il pentafluoruro di arsenico ad elevato grado di purezza, è la fluorurazione dell’ossido di arsenico (III) in un sistema chiuso alla temperatura di 250°C:
2 As2O3 + 10 F2 → 4 AsF5 + 3 O2
Un altro metodo prevede la reazione dell’ossido di arsenico (V) con acido fluoridrico:
As2O5 +10 HF = 2 AsF5 + 5 H2O

Usi

Forma con la grafite, composti stabili che presentano una conduttività elettrica paragonabile a quella dell’argento. È usato come dopante nella sintesi del poliacetilene che

poliacetilene 1 da Chimicamo
poliacetilene

è il primo dei polimeri conduttivi con formula (-C2H2-)n . La sintesi avviene a partire dall’acetilene, come monomero in presenza di un catalizzatore Zeigler-Natta seguita da ossidazione) con alogeni o con pentafluoruro di arsenico.

Per aumentare la conduttività elettrica del materiale poliacetilene di alcuni ordini di grandezza rispetto al materiale non drogato si utilizzano tali dopanti di tipo p che agiscono estraendo un elettrone dalla catena polimerica che portano il polimero dallo stato semiconduttore a quello metallico.

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