Boorivedyt
Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 14. elokuuta 2018 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 16 muokkausta .Boorivedyt (myös boraanit , boorihydridit [1] ) ovat boorin kemiallisia yhdisteitä vedyn kanssa . Niille on ominaista korkea kemiallinen aktiivisuus ja erittäin korkea lämpöarvo. Ne ovat kiinnostavia rakettipolttoaineena. Orgaanisessa synteesissä boraanin ja joidenkin alkyyliboraanien additioreaktio alkeenien kaksoissidokseen saa sovelluksen, jolloin tuloksena olevat yhdisteet osallistuvat lisämuunnoksiin.
Ne ovat värittömiä ja epästabiileja molekyyliyhdisteitä. Boraanit ovat erittäin reaktiivisia.
Tunnetut boraanit, joiden booriatomien lukumäärä on 2-20. Vapaassa muodossa BH3 on epästabiili, mutta tunnetaan joidenkin kompleksisten yhdisteiden muodossa [ 1 ] .
Boorihydridien valmistus
Boorivedyt ovat termodynaamisesti riittämättömän stabiileja boorin ja vedyn yhdisteitä, ja siksi niitä syntetisoidaan yleensä epäsuorilla menetelmillä.
Nykyään yksi tärkeimmistä menetelmistä boorihydridien saamiseksi on niin kutsuttu " magnesiummenetelmä " tai "varastomenetelmä", toisin sanoen magnesiumboridin saaminen ja sen myöhempi hajottaminen suolahapolla . Saadut boraanit (boorivedyt) alistetaan tyhjötislaukseen , puhdistetaan ja erotetut yksittäiset boorihydridit kerätään sopivissa olosuhteissa varastointia ja jatkokäyttöä varten.
Toinen tärkeä teollinen menetelmä boorihydridien valmistamiseksi on menetelmä, jonka ensimmäisenä ehdottivat Schlesinger ja Burg. Menetelmä koostuu booritrikloridin reaktiosta vedyn kanssa korkeajännitteisessä jännitekaaressa . Siinä saatu hydroklooriboraani altistetaan epäsuhtautumiselle jäähdytettäessä huoneenlämpötilaan, minkä jälkeen diboraani ja booritrikloridi erotetaan. Diboraanin tuotanto lähestyy 55 painoprosenttia. Myöhemmin Schlesinger ja Brown ehdottivat uutta menetelmää boorihydridien tehokkaaseen tuotantoon natriumtetrahydroboraatin (Na[BH4 ] ) ja booritrifluoridin välisellä vaihtoreaktiolla . Diboraanin saamiseksi on mahdollista vaikuttaa boorihalogenideihin natriumhydridillä kuumennettaessa 175 °C:seen tai litiumalumiinihydridillä eetteriliuoksessa:
Kaikki korkeammat boraanit saadaan yksinomaan diboraanin lämpökrakkauksella.
Luokitus
Boraanit voidaan jakaa useisiin tyyppeihin niiden rakenteen ja koostumuksen mukaan. Closo- boraaneja kuvataan kaavalla [BnHn ] 2- , jossa n = 6-12. Ne ovat anionisia klustereita, eli niissä on varaus. Neutraaleja closo-boraaneja ei ole vielä saatu. Nidoboraaneja ovat B5H9 , B10H14 sekä koostumuksen BnHn + 4 anioniset polyhedrat , joihin kuuluu diboraani B2H6 . Boraaneja, jotka ovat monitahoisia, joissa on kaksi vapaata kärkeä, kutsutaan araknoboraaneiksi. Niitä kuvataan kaavalla BnHn + 6 , esimerkiksi B4H10 , B5H11 ja B8H14 . _ _ _ Boraanien ryhmä, jossa vapaiden kärkien lukumäärä on 3, erotetaan myös; niitä kutsutaan hypoboraaneiksi. Niiden kaava on BnHn + 8 , esimerkiksi B8H16 tai B10H18 . _ On myös boraaneja, joilla on monimutkainen rakenne ja jotka yhdistävät edellä mainittujen boraanityyppien fragmentteja. Niitä kutsutaan conjucto-boraaneiksi.
Rakennus
Diboraani B 2 H 6 -molekyylissä ei ole kemiallista sidosta booriatomien välillä . Sitä ei voida muodostaa, koska tässä tapauksessa boorin kiertoradat, joissa ei ole elektroneja, yhdistyisivät. Siksi niiden orbitaalien, joissa on elektroneja, täytyy yhdistyä, nimittäin kiertoradat, jotka osallistuvat BH3-fragmenttien BH-sidoksen muodostumiseen . Tämän seurauksena B 2 H 6 -molekyylissä kolme BHB-atomia on sitoutunut yhteen elektronipariin; tällaista kemiallista sidosta kutsutaan kahden elektronin kolmikeskuksen sidokseksi. Se on heikompi kuin tavallinen kaksielektroninen kaksikeskus, jota havaitaan esimerkiksi alkaaneissa , mutta diboraanissa niitä on kaksi, mikä varmistaa molekyylin lujuuden. Siten diboraanin kaksi booriatomia ovat sitoutuneet kahdella siltaavalla vetyatomilla.
Boorihydridien ominaisuudet
- Diboran
- Pentaborane
- Decaborane
- Dodecaborate
| Kaava | Sulamispiste, °С | Kiehumispiste, °C | Tiheys, g/cm³ | Lämpönäyte, 298,15 K, kcal/mol | lämpöstabiilisuus | Reaktio ilman kanssa | Reaktio H20 :n kanssa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B 2 H 6 | -165,5 °C | -92,5 °C | kiinteä 0,577 -183 , kaivo 0,447 -112 | +9,8 (kaasu) | Puukottaa. 25°C:ssa | Itsesyttyvyys | Hydrolysoituu välittömästi |
| B 4 H 10 | -120,0 °C | +18°C | f.0,56 −36 | +7,53 (kaasu) | Diff. 25°C:ssa | Itsesyttyvyys pris. vettä | Hydrolysoitu 24 tuntia |
| B 5 H 9 | -46,81 °C | +62°C | f.0.61 0 | +10,240 (neste) +17,5 (kaasu) | Puukottaa. 25°C:ssa | Itsesyttyvyys | Hydrolysoituu kuumennettaessa |
| B 5 H 11 | -123 °C | +63°C | +22,2 (kaasu) | Hidas joulukuu 150 °C:ssa | Itsesyttyvyys | Hydrolysoituu nopeasti | |
| B 6 H 10 | -62,3 °C | +110 °C | f.0.69 noin | +19,6 (kaasu) | Diff. 25°C:ssa | vakaa | Hydrolysoituu kuumennettaessa |
| B 6 H 12 | -90 °C | Diff. 25°C:ssa | vakaa | Hydrolysoituu kuumennettaessa | |||
| B 9 H 15 | +2,6°C | Diff. 25°C:ssa | vakaa | Hydrolysoituu kuumennettaessa | |||
| B 10 H 14 | +98,78°C | +219°C | kiinteä 0,94 25 , nestemäinen 0,78 100 | −6,9 (kiinteä) −1,7 (l) +11,3 (kaasu) | Puukottaa. 150 °C:ssa | Erittäin vakaa | Hydrolysoituu hitaasti |
Organoboroniyhdisteet rakettipolttoaineena
Pentaboraani(9) (B 5 H 9 ) on kätevin synteesiin ja käyttöön . Jäljellä olevia boorihydridejä tutkitaan intensiivisesti, mutta niiden käyttö on tällä hetkellä rajallista. Booriperäisiä polttoaineita ovat propyylipentaboraani (US: BEF-2 ) ja etyylipentaboraani (US: BEF-3 ) [2] . Diboraanin , dekaboraanin ja niiden johdannaisten mahdollista käyttöä on myös tutkittu.
Sovellukset polttokennoissa
Polttokennoissa on mahdollista käyttää NaBH 4 - ja KBH 4 - boorihydridejä . Tämä tarjoaa useita etuja [3] :
- Hyväksyttävä prosessinopeus;
- Mahdollisuus suorittaa prosessi matalissa ja negatiivisissa lämpötiloissa;
- Käytetyt boorihydridiliuokset ovat syttymättömiä ja stabiileja, mikä saavutetaan alkaloimalla;
- Myrkyttömien tuotteiden H 2 O ja NaBO 2 (KBO 2 ) muodostuminen;
- Boraatti voidaan regeneroida (jalostaa boorihydridiksi);
- Erittäin puhtaan vedyn muodostuminen;
- Reaktionopeutta ohjataan katalyyttien valinnalla.
Kaikista näistä eduista huolimatta boorihydrideihin perustuvia polttokennoja ei kuitenkaan ole vielä käytetty laajalti. Syynä on tuotetun sähkön korkea hinta, joka summataan katalyyttijärjestelmien (kalliit Pt-katalyytit), ioninvaihtokalvojen ja itse boorihydridipolttoaineen kustannuksista.
Myrkyllisyys ja syttyvyys
Boorihydridit ovat erittäin myrkyllisiä aineita , joilla on yleisen myrkyllisen komponentin lisäksi myös erityinen, mutta melko voimakas hermoja lamauttava vaikutus ihmisiin ja eläimiin. Diboraanilla on fosgeenin kaltainen tukahduttava vaikutus . Pentaboraanit ja dekaboraanit vaikuttavat keskushermostoon, munuaisiin ja maksaan. Suurin sallittu pitoisuus ilmassa (USA): diboraani - 0,1 mg / m 3 ; pentaboraani (9) ja pentaboraani (11) - 0,01 mg/ m3 ; dekaboraani (16) - 0,03 mg/ m3 .
Palavina aineina boorihydridit ovat pääosin aineita, joilla on korkein syttyvyysluokka: ne voivat syttyä itsestään paitsi ilmassa , myös joutuessaan kosketuksiin veden ja useiden hiilivetyjen halogeenijohdannaisten kanssa. Ilmassa poltettaessa syntyy korkeita lämpötiloja.
Katso myös
- boorihydridit
- Rakettipolttoaine
Muistiinpanot
- ↑ 1 2 Borohydrogens - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta .
- ↑ McDonald G. Kaupallisen propyylipentaboraanin (BEF-2) lämpöstabiilius välillä 147–190°C (PDF). National Advisory Committee for Aeronautics (USA) (13.11.1957). Haettu 9. toukokuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 5. helmikuuta 2010.
- ↑ Vetyenergian perusteet / Toim. V. A. Moshnikov ja E. I. Terukova. - Pietari. : Pietarin sähköteknisen yliopiston "Leti" kustantamo, 2010. - 288 s. - ISBN 978-5-7629-1096-5 .
Kirjallisuus
- Kuznetsov N. T. Boorivedyt // Chemical Encyclopedia : 5 tilavuudessa / Ch. toim. I. L. Knunyants . - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 306-307. — 623 s. - 100 000 kappaletta. - ISBN 5-85270-008-8 .