Il Pentafluoruro di Arsenico: Struttura e Proprietà
Il pentafluoruro di arsenico, con formula AsF5, è un composto binario che vede l’arsenico con un numero di ossidazione +5. Si tratta di una molecola ipervalente, caratterizzata dalla presenza di più di quattro coppie di elettroni intorno all’atomo centrale, violando la regola dell’ottetto formulata da Gilbert Lewis nel 1916.
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Molecole Ipervalenti e Proprietà del Composto
Le molecole ipervalenti, come definito da Musher, sono quelle degli elementi dei gruppi 15-18 in uno stato di ossidazione diverso dal loro stato di ossidazione più basso. Nel caso del pentafluoruro di arsenico, l’arsenico appartiene al Gruppo 15 e presenta un numero di ossidazione superiore a +3.
Il pentafluoruro di arsenico è un gas incolore dal caratteristico odore pungente, che si condensa a -53.2 °C formando un liquido giallo. Questo composto agisce come un forte ossidante ed è impiegato come dopante per conferire conduzione a determinati polimeri. Inoltre, funge da acido di Lewis, accettando ioni fluoruro e trasformandosi, ad esempio, in esafluoroarsenato AsF6-.
Struttura del Pentafluoruro di Arsenico
Per comprendere la struttura del pentafluoruro di arsenico, si considerano gli elettroni di valenza presenti nel guscio esterno degli atomi costituenti la molecola. L’arsenico, appartenente al gruppo 15 della Tavola Periodica, con numero atomico 33 e configurazione elettronica [Ar] 3d¹⁰4s²4p³, presenta 5 elettroni di valenza.
Il fluoro, alogeno del gruppo 17 con numero atomico 9 e configurazione elettronica [He] 2s²4p⁵, contribuisce con 7 elettroni di valenza, dando un totale di 40 elettroni di valenza nella molecola di pentafluoruro di arsenico. La struttura di Lewis prevede l’arsenico al centro, circondato dai cinque atomi di fluoro disposti con due elettroni ciascuno verso l’arsenico e sei elettroni intorno a ciascun atomo di fluoro per completare l’ottetto.
Questa disposizione garantisce che tutti e 40 gli elettroni di valenza siano sistemati correttamente, con gli atomi di fluoro che ottengono ciascuno un ottetto e l’arsenico che soddisfa le regole della struttura molecolare.
Il pentafluoruro di arsenico rappresenta un interessante caso di molecola ipervalente che sfida le regole dell’ottetto, dimostrando la complessità e la varietà della chimica molecolare.Pentafluoruro di arsenico: struttura molecolare e sintesi
Il pentafluoruro di arsenico è un’eccezione alla regola dell’ottetto poiché possiede più di 8 elettroni nel suo guscio esterno. Questa molecola ha cinque legami covalenti, corrispondenti a cinque domini elettronici attorno all’atomo centrale, che determinano un’ibridazione sp^3d. Secondo la teoria VSEPR, la struttura molecolare del pentafluoruro di arsenico è trigonale bipiramidale, con una distribuzione simmetrica della carica sull’atomo centrale, rendendo la molecola apolare.
Sintesi del pentafluoruro di arsenico
Il pentafluoruro di arsenico può essere ottenuto attraverso diverse reazioni. Una delle vie più comuni è la fluorurazione dell’ossido di arsenico (III) in un sistema chiuso a 250°C, secondo la seguente equazione:
2 As₂O₃ + 10 F₂ → 4 AsF₅ + 3 O₂
Un altro metodo consiste nella reazione dell’ossido di arsenico (V) con acido fluoridrico:
As₂O₅ + 10 HF → 2 AsF₅ + 5 H₂O
Usi del pentafluoruro di arsenico
Il pentafluoruro di arsenico trova impiego nella formazione di composti stabili con la grafite, che presentano una conduttività elettrica simile a quella dell’argento. Viene utilizzato anche come dopante nella sintesi del poliacetilene, il primo dei polimeri conduttivi con formula (-C₂H₂-)ₙ.
Il poliacetilene viene prodotto a partire dall’acetilene come monomero, in presenza di un catalizzatore Zeigler-Natta seguito da un’ossidazione con alogenuri o con pentafluoruro di arsenico. Per aumentare la conduttività elettrica del poliacetilene di diversi ordini di grandezza rispetto al materiale non drogato, vengono utilizzati dopanti di tipo p che estraggono un elettrone dalla catena polimerica, trasformando il polimero da semiconduttore a metallico.
