Borhydrogener

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 14. august 2018; checks kræver 16 redigeringer .

Borbrinte (også boraner , borhydrider [1] ) er kemiske forbindelser af bor med brint . De er kendetegnet ved høj kemisk aktivitet og ekstrem høj brændværdi. De er af interesse som raketbrændstof. I organisk syntese finder additionsreaktionen af ​​boran og nogle alkylboraner til dobbeltbindingen af ​​alkener med involvering af de resulterende forbindelser i yderligere transformationer anvendelse.

De er farveløse og ustabile molekylære forbindelser. Boraner er meget reaktive.

Kendte boraner med antallet af boratomer fra 2 til 20. I den frie form er BH 3 ustabil, men kendes i form af nogle komplekse forbindelser [1] .

Fremstilling af borhydrider

Borhydrogener er termodynamisk utilstrækkeligt stabile forbindelser af bor og hydrogen og syntetiseres derfor normalt ved indirekte metoder.

I dag er en af ​​hovedmetoderne til opnåelse af borhydrider den såkaldte " magnesiummetode " eller "lagermetode", det vil sige opnåelse af magnesiumborid og efterfølgende nedbrydning af sidstnævnte med saltsyre . De resulterende boraner (borhydrogener) udsættes for vakuumdestillation , oprensning, og de adskilte individuelle borhydrider akkumuleres under passende betingelser til opbevaring og videre anvendelse.

En anden vigtig industriel metode til fremstilling af borhydrider er den metode, der først blev foreslået af Schlesinger og Burg. Metoden består i omsætning af bortrichlorid med brint i en højspændingsvoltaisk lysbue . Den deri opnåede hydrochlorboran underkastes disproportionering ved afkøling til stuetemperatur, hvorefter diboran og bortrichlorid adskilles. Outputtet af diboran nærmer sig 55 vægt-%. Senere foreslog Schlesinger og Brown en ny metode til effektiv produktion af borhydrider ved en udvekslingsreaktion mellem natriumtetrahydroborat (Na[BH 4 ]) og bortrifluorid . For at opnå diboran er det muligt at virke på borhalogenider med natriumhydrid ved opvarmning til 175 ° C eller med lithiumaluminiumhydrid i etheropløsning:

Alle højere boraner opnås udelukkende ved termisk krakning af diboran.

Klassifikation

Boraner kan opdeles i flere typer efter deres struktur og sammensætning. Closo-boraner er beskrevet med formlen [BnHn ] 2- , hvor n = 6-12. De er anioniske klynger, det vil sige, de har en ladning. Neutrale closo-boraner er endnu ikke opnået. Nidoboranerne indbefatter B5H9 , B10H14 , såvel som anioniske polyedre med sammensætning BnHn + 4 , som indbefatter diboran B2H6 . Boraner, som er polyedre med to frie hjørner, kaldes arachno-boraner. De er beskrevet ved formlen BnHn + 6 , for eksempel B4H10 , B5H11 og B8H14 . En gruppe af boraner, hvor antallet af frie hjørner er lig med 3, skelnes også; de kaldes hyfo-boraner. Deres formel er BnHn +8 , for eksempel B 8 H 16 eller B 10 H 18 . Der er også boraner med en kompleks struktur, der kombinerer fragmenter af ovennævnte typer boraner. De kaldes konjucto-boraner.

Bygning

Der er ingen kemisk binding mellem boratomer i diboran B 2 H 6 molekylet. Det kan ikke dannes, da i dette tilfælde ville orbitaler af bor, som ikke har elektroner, forenes. Derfor skal de orbitaler, der har elektroner, forenes, nemlig de orbitaler, der er involveret i dannelsen af ​​BH-bindingen i BH3- fragmenterne . Som et resultat er tre BHB - atomer i B2H6- molekylet bundet af et par elektroner; sådan en kemisk binding kaldes en to-elektron tre-centerbinding. Den er svagere end den standard to-elektron to-center, som for eksempel observeres i alkaner , dog er der to af dem i diboran, hvilket sikrer styrken af ​​molekylet. Således er de to boratomer i diboran bundet af to brodannende hydrogenatomer.

Egenskaber for borhydrider

Fysiske egenskaber for de vigtigste borhydrider
Formel Smeltepunkt, °С Kogepunkt, °C Massefylde, g/cm³ Varmeprøve, 298,15 K, kcal/mol termisk stabilitet Reaktion med luft Reaktion med H2O
B2H6 _ _ _ -165,5°C -92,5°C fast 0,577 −183 , brønd 0,447 −112 +9,8(gas) Dolke. ved 25°C Selvantændelse Hydrolyseres øjeblikkeligt
B4H10 _ _ _ -120,0°C +18°C f.0,56 −36 +7,53(gas) Diff. ved 25°C Selvantændelse i pris. vand Hydrolyseret 24 timer
B5H 9 _ _ -46,81°C +62°C f.0,61 0 +10,240(væske) +17,5(gas) Dolke. ved 25°C Selvantændelse Hydrolyserer ved opvarmning
B5H11 _ _ _ -123°C +63°C +22,2(gas) Langsom dec. ved 150°C Selvantændelse Hydrolyserer hurtigt
B6H10 _ _ _ -62,3°C +110 °C f.0,69 ca +19,6 (gas) Diff. ved 25°C stabil Hydrolyserer ved opvarmning
B 6 H 12 -90°C Diff. ved 25°C stabil Hydrolyserer ved opvarmning
B 9 H 15 +2,6°C Diff. ved 25°C stabil Hydrolyserer ved opvarmning
B10H14 _ _ _ +98,78°C +219°C fast 0,94 25 , flydende 0,78 100 −6,9(fast) −1,7(l) +11,3(gas) Dolke. ved 150°C Meget stabil Hydrolyserer langsomt

Organoborforbindelser som raketbrændstof

Pentaboran(9) (B 5 H 9 ) er mest praktisk til syntese og anvendelse . De resterende borhydrider undersøges intensivt, men deres anvendelse er i øjeblikket begrænset. Bor - afledte brændstoffer er propylpentaboran (US: BEF-2 ) og ethylpentaboran (US: BEF-3 ) [2] . Diboran , decaboran og deres derivater er også blevet undersøgt for potentiel brug.

Applikationer i brændselsceller

Det er muligt at anvende NaBH 4 og KBH 4 borhydrider i brændselsceller . Dette giver flere fordele [3] :

Men på trods af alle disse fordele er brændselsceller baseret på borhydrider endnu ikke blevet udbredt. Årsagen er de høje omkostninger til produceret elektricitet, som opsummeres fra omkostningerne til katalytiske systemer (dyre Pt-holdige katalysatorer), ionbyttermembraner og selve borhydridbrændstoffet.

Toksicitet og brandbarhed

Borhydrider er ekstremt giftige stoffer , som udover den generelle giftige komponent også har en særlig, men ret udtalt, nervelammende virkning på mennesker og dyr. Diboran har en kvælende effekt svarende til fosgen . Pentaboraner og decaboraner virker på centralnervesystemet, nyrerne og leveren. Maksimal tilladt koncentration i luften (USA): diboran - 0,1 mg / m 3 ; pentaboran (9) og pentaboran (11) - 0,01 mg/ m3 ; decaboran (16) - 0,03 mg/ m3 .

Som brændbare stoffer er borhydrider hovedsageligt stoffer med den højeste brændbarhedskategori: de er i stand til selvantændelse ikke kun i luft , men også i kontakt med vand og en række halogenderivater af kulbrinter. Ved brænding i luft udvikles høje temperaturer.

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 Borhydrogens - artikel fra Great Soviet Encyclopedia . 
  2. ↑ McDonald G. Termisk stabilitet af en kommerciel propylpentaboran (BEF-2) i området 147-190°C (PDF). National Advisory Committee for Aeronautics (USA) (13/11/1957). Hentet 9. maj 2009. Arkiveret fra originalen 5. februar 2010.
  3. ↑ Grundlæggende om brintenergi / Ed. V. A. Moshnikov og E. I. Terukova. - Sankt Petersborg. : Publishing House of St. Petersburg Electrotechnical University "Leti", 2010. - 288 s. - ISBN 978-5-7629-1096-5 .

Litteratur

 Borforbindelser _
Borhydrogener
Halogenider
syrer
Andet