Aluminiumhydrid

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 9. juli 2018; checks kræver 16 redigeringer .
aluminiumhydrid
Generel
Systematisk
navn		 aluminiumhydrid
Traditionelle navne Aluminiumhydrid, aluminium(III)hydrid, alan
Chem. formel ( AlH3 ) n
Rotte. formel AlH 3
Fysiske egenskaber
Stat solid
Molar masse 30.005 g/ mol
Massefylde 1,45 [1]
Termiske egenskaber
Temperatur
 • nedbrydning 105 [1]
Entalpi
 •  uddannelse − 12 [2]  kJ/mol
Klassifikation
Reg. CAS nummer 7784-21-6
PubChem 14488
Reg. EINECS nummer 232-053-2
SMIL   [AlH3]
InChI   InChI=1S/Al.3HAZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N
CHEBI 30136
ChemSpider 13833
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Aluminiumhydrid - AlH 3 , en uorganisk binær forbindelse af aluminium med brint . Under normale forhold , et farveløst eller hvidt fast stof med en polymer struktur: (AlH 3 ) n .

Det blev først opnået i 1942 ved virkningen af ​​en glødende elektrisk udladning på en blanding af trimethylaluminium og brint [3] .

Anvendes som en drivmiddelkomponent , et kraftigt reduktionsmiddel i organisk syntese og som katalysator for polymerisationsreaktioner .

Molekylær struktur

Under normale forhold har aluminiumhydrid en polymer molekylær struktur (AlH 3 ) n , mens dens krystallinske form findes i syv polymorfe modifikationer : α-(AlH 3 ) n , α 1 -(AlH 3 ) n , β-(AlH 3 ) n , δ-(AlH3 ) n , e-(AlH3 ) n , y-(AIH3 ) n , ζ-(AlH3 ) n [ 4] .

Den mest stabile modifikation er α-(AlH3 ) n , som har en hexagonal syngoni ( rumgruppe R3c , a = 4,449 Å , b = 4,449 Å, c = 11,804 Å). Al-H-bindingslængden er 1,72 Å, Al-Al-bindingslængden er 3,24 Å [5] . α-(AlH 3 ) n -strukturen er et sæt AlH 6 -oktaedre forenet af seks tre-center to-elektron Al-H-Al-bindinger til en krystalramme [6] .

Modifikation y-(AlH3 ) n eksisterer i orthorhombisk system , rumgruppe Pnnm ( a = 5,3806 Å , b = 7,3555 Å, c = 5,77509 Å). Cellen i hydridkrystalgitteret består af to AlH 6 octaedre , Al-Al-bindingslængden er 2,606 Å. Et træk ved strukturen er tilstedeværelsen af ​​en forgrenet Al-2H-Al-dobbeltbrobinding (Al-H-bindingslængde: 1,68-1,70 Å) foruden den sædvanlige Al-H-Al-binding (Al-H-bindingslængde: 1,77 – 1,78 Å). På grund af tilstedeværelsen af ​​store hulrum i krystalstrukturen af ​​γ-(AlH 3 ) n , har denne modifikation en tæthed ca. 11 % mindre end α-(AlH 3 ) n [7] .

Under interaktionen af ​​laserforstøvede aluminiumatomer med brint ved ultralave temperaturer (3,5 K), efterfulgt af ultraviolet stråling og normalisering ved 6,5 K, kan strukturer af Al 2 H 6 -dimeren , der ligner strukturen af ​​diboran B 2 H 6 , findes. i fotolyseprodukter [8] . Dimeren (se strukturen på figuren) er meget ustabil i kondenseret tilstand, så dens eksistens blev først opdaget omkring halvtreds år efter opdagelsen af ​​aluminiumhydrid [9] .

I 2007 handlede en gruppe videnskabsmænd fra USA på aluminium med en plasmastrøm af brintatomer og fandt ud af, at der som et resultat dannes forskellige anioniske polynukleare aluminiumhydrider, blandt hvilke anionen Al 4 H 6 - var af særlig interesse , hvis neutral hybrid Al 4 H 6 bør ifølge beregninger afvige mærkbar stabilitet. Strukturelt skal forbindelsen repræsentere et forvrænget tetraeder med hjørner - aluminiumatomer, hvor hydrogenatomer danner fire terminale Al-H-bindinger og to Al-H-Al-brobindinger. Den store energitærskel mellem højere besatte og lavere ledige molekylære orbitaler , kombineret med en usædvanlig høj brændværdi, antyder, at dette aluminiumhydrid kan være et lovende materiale til raketbrændstof [10] .

Fysiske egenskaber

Aluminiumhydrid er et fast hvidt [11] eller farveløst [12] stof. Massefylde 1,45 [1] (ifølge andre kilder 1,47 [13] ) g/cm³. Opløselig i tetrahydrofuran (5 g i 100 g opløsningsmiddel ved 19,5 °C) [14] .

Termodynamiske konstanter:

Det høje hydrogenindhold i aluminiumhydrid forårsager en række af dets egenskaber forbundet med problemet med højtemperatursuperledning : i trykområdet på ~60 GPa og en temperatur på ~1000 K har det en halvlederkonduktivitetsmekanisme og i området ved høje tryk og temperaturer (op til 90 GPa og 2000 K) er dens ledningsevne sammenlignelig med brints metalliske elektriske ledningsevne [16] .

Kemiske egenskaber

Et lignende kompleks dannes med andre lavere alifatiske estere såvel som med trimethylamin : AlH 3  • N(CH 3 ) 3 . Sidstnævnte interagerer med vand med en eksplosion [12] . Aluminiumhydrid kan også stabiliseres ved hjælp af komplekser med andre aminer, for eksempel med N-methylpyrrolidin (NMP): AlH 3  • NMP og AlH 3  • (NMP) 2 [18] . Talrige reduktionsreaktioner af organiske forbindelser ved anvendelse af aluminiumhydrid er kendte (se afsnit ...). Reagerer langsomt med diboran og danner aluminiumborhydrid (mere præcist, aluminiumtetrahydridoborat ) [19] :

Henter

Den grundlæggende metode, der bruges i dag til at opnå rent aluminiumhydrid fra lithiumhydrid i diethylether, blev foreslået tilbage i 1947 [20] :

Lithiumchlorid udfældes før polymerisationen af ​​AlH 3 og separeres fra etheropløsningen, hvorfra der ved yderligere destillation af etheren opnås et kompleks af aluminiumhydrid med diethylether [20] .

Aluminiumhydrid kan også analogt opnås ved omsætning af lithiumaluminiumhydrid med svovlsyre , berylliumchlorid , zinkchlorid [4] , hydrogenchlorid og alkylhalogenider [21] :

I stedet for lithiumaluminiumhydrid kan natriumaluminiumhydrid anvendes [22] :

For at opnå rent hydrid (uden opløsningsmiddelurenheder) underkastes etherkomplekset opvarmning i vakuum med tilsætning af benzen [6] eller i nærværelse af små mængder LiAlH 4 eller en blanding af LiAlH 4 + LiBH 4 [4] . I dette tilfælde opnås først β-AlH 3 og γ-AlH 3 modifikationer, som derefter går over i det mere stabile α-AlH 3 [4] .

En anden måde at opnå ikke- solvatiseret aluminiumhydrid med ether er elektrolyse af natriumaluminiumhydrid i tetrahydrofuran [23] .

Blandt andre metoder bemærker vi syntesen ved hjælp af magnesiumhydrid [24] :

I lang tid blev det antaget, at aluminiumhydrid ikke kunne opnås ved direkte vekselvirkning mellem elementer, derfor blev de ovennævnte indirekte metoder brugt til dets syntese [25] . Men i 1992 udførte en gruppe russiske forskere den direkte syntese af hydrid fra brint og aluminium ved hjælp af højt tryk (over 2 GPa) og temperatur (over 800 K). På grund af reaktionens meget barske forhold har metoden i øjeblikket kun teoretisk værdi [13] .

Ansøgning

Aluminiumhydrid er meget udbredt i organisk syntese som det stærkeste reduktionsmiddel.

På grund af det faktum, at aluminiumhydrid er en forbindelse med et højt brintindhold (10,1%), bruges det til fremstilling af raketbrændstoffer og nogle sprængstoffer [26] , samt til lager- og produktionssystemer i autonome brintkraftværker.

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Kapitel 3. Fysiske egenskaber // Konstanter af uorganiske stoffer: en opslagsbog / Redigeret af prof. R.A. Lidina. - 2. udg., revideret. og yderligere .. - M . : "Drofa", 2006. - S. 74. - ISBN 5-7107-8085-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Del IV. Termodynamik. Kapitel 1. Entalpi af dannelse, entropi og Gibbs energi til dannelse af stoffer // Konstanter af uorganiske stoffer: en opslagsbog / Redigeret af prof. R.A. Lidina. - 2. udg., revideret. og yderligere .. - M . : "Drofa", 2006. - S. 442. - 688 s. — ISBN 5-7107-8085-5 .
  3. ↑ Aluminiumhydrid // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
  4. ↑ 1 2 3 4 Brower FM, Matzek NE, Reigler PF, Rinn HW, Roberts CB, Schmidt DL, Snover JA, Terada K. Preparation and Properties of Aluminium Hydride  //  Journal of the American Chemical Society. - 1976. - Bd. 98 , nr. 9 . - S. 2450-2453 .
  5. ↑ Turley JW, Rinn HW Krystalstrukturen af ​​aluminiumhydrid  //  Uorganisk kemi. - 1969. - Bd. 8 , nr. 1 . - S. 18-22 .
  6. ↑ 1 2 3 Drozdov A.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. Uorganisk kemi. V.2: Kemi af intransitive elementer / Udg. acad. Yu.N. Tretyakov. - M . : Publishing Center "Academy", 2004. - T. 2. - S. 83. - ISBN 5-7695-1436-1 .
  7. ↑ Yartys VA, Denys RV, Maehlen JP, Frommen Ch., Fichtner M., Bulychev BM, Emerich H. Double-Bridge Bonding of Aluminium and Hydrogen in the Crystal Structure of γ-AlH 3  //  Inorganic Chemistry. - 2007. - Bd. 46 , nr. 4 . - S. 1051-1055 .
  8. ↑ Andrews L., Wang X. The Infrared Spectrum of Al 2 H 6 in Solid Hydrogen   // Videnskab . - 2003. - Bd. 299 , nr. 5615 . - S. 2049-2052 .
  9. ↑ Mitzel NW Molecular Dialane and Other Binary Hydrides //  Angewandte Chemie International Edition. - 2003. - Bd. 42 , nr. 33 . - S. 3856-3858 . (utilgængeligt link)   
  10. ↑ Li X., Grubisic A., Stokes ST, Cordes J., Ganteför GF, Bowen KH, Kiran B., Willis M., Jena P., Burgert R., Schnöckel H. Unexpected Stability of Al 4 H 6 : A Boran analog?  (engelsk)  // Videnskab . - 2007. - Bd. 315 , nr. 5810 . - S. 356-358 .
  11. ↑ Akhmetov N.S. Generel og uorganisk kemi. Lærebog for gymnasier. - 4. udg., rettet. - M . : "Højskole", 2001. - S. 500. - ISBN 5-06-003363-5 .
  12. ↑ 1 2 3 4 Patnaik P. Handbook of Inorganic Chemicals. - McGraw-Hill, 2003. - S. 8-9. — ISBN 0-07-049439-8 .
  13. ↑ 1 2 Bulychev B.M., Storozhenko P.A. Molekylære og ioniske metalhydrider som kilder til brint til kraftværker  // Alternativ energi og økologi. - 2004. - Nr. 4 . - S. 5-10 . Arkiveret fra originalen den 5. marts 2016.
  14. ↑ Hayosh A. Komplekse hydrider i organisk kemi / Oversat fra tysk. - L . : "Kemi", 1971. - S. 87.
  15. ↑ 1 2 3 Sinke GC, Walker LC, Oetting FL, Stull DR Thermodynamic Properties of Aluminium Hydride  // The  Journal of Chemical Physics . - 1967. - Bd. 47 , nr. 8 . - P. 2759-2761 .  (utilgængeligt link)
  16. ↑ Molodets A.M., Shakhrai D.V., Khrapak A.G., Fortov V.E. Præsentation: Metallisering af aluminiumhydrid AlH 3 ved højtryk af trinvis stødkompression (pdf). Videnskabelig og koordinerende session "Forskning af ikke-ideelt plasma" . Institut for Termisk Fysik i Ekstreme Stater JIHT RAS. — S. 11. Hentet 17. februar 2010. Arkiveret 18. april 2012.
  17. ↑ Aluminium // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 1. - S. 207.
  18. ↑ Li H., Meziani MJ, Kitaygorodskiy A., Lu F., Bunker Ch.E., Shiral Fernando KA, Guliants EA, Ya-Ping Sun. Forberedelse og karakterisering af Alane-komplekser til energianvendelser  //  The Journal of Physical Chemistry C : Webpublikation (4. februar 2010). – 2010.
  19. ↑ Chambers C., Holliday A.K. Modern uorganisk kemi . - Chichester: Butterworth & Co (Publishers) Ltd, 1975. - S.  148 .
  20. ↑ 1 2 Finholt AE, Bond AC Jr., Schlesinger HI Lithium Aluminium Hydride, Aluminum Hydride and Lithium Gallium Hydride, and Some of their Applications in Organic and Inorganic Chemistry  //  Journal of The American Chemical Society. - 1947. - Bd. 69 , nr. 5 . - S. 1199-1203 .
  21. ↑ Mirsaidov U. Synthesis, Properties, and Assimilation Methods of Aluminium Hydride  // Redigeret af T.  Nejat Veziroğlu , Svetlana Yu Zaginaichenko, Dmitry V. Schur, Bogdan Baranowski, Anatoliy P. Shpak Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. for Peace and Security Series / NATO Science for Peace and Security Series A:. - Springer, 2007. - S. 77 -85 . - ISBN 978-1-4020-5512-6 .
  22. ↑ Zakharkin LI, Gavrilenko VV En simpel metode til fremstilling af natrium- og kaliumaluminiumhydrider  (engelsk)  // Russian Chemical Bulletin. - 1961. - Bd. 10 , nej. 12 . - S. 2105-2106 .  (utilgængeligt link)
  23. ↑ Clasen Dr.H. Alanat-Synthese aus den Elementen und ihre Bedeutung (tysk)  // Angewandte Chemie. - 1961. - Bd. 73 , nr. 10 . - S. 322-331 . (utilgængeligt link)   
  24. ↑ Metode til syntetisering af aluminiumhydrid. USA-patent 5670129  (eng.) (pdf). FreePatentsOnline.com (23/09/1997). Dato for adgang: 15. februar 2010. Arkiveret fra originalen 18. april 2012.
  25. ↑ Tikhonov V.N. Analytisk kemi af aluminium. — Serie "Analytical Chemistry of Elements". - M . : "Nauka", 1971. - S. 11.
  26. ↑ Molodets A.M., Shakhrai D.V., Khrapak A.G., Fortov V.E. Metallisering af aluminiumhydrid AlH 3 ved højtryk af trinvis stødkompression (pdf). Videnskabelig og koordinerende session "Forskning af ikke-ideelt plasma" . Institut for Termisk Fysik i Ekstreme Stater JIHT RAS. Dato for adgang: 17. februar 2010. Arkiveret fra originalen 18. april 2012.

Litteratur

Links