Alumiinihydridi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 9. heinäkuuta 2018 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 16 muokkausta .
alumiinihydridi
Kenraali
Systemaattinen
nimi		 alumiinihydridi
Perinteiset nimet Alumiinihydridi, alumiini(III)hydridi, alan
Chem. kaava ( AlH3 ) n
Rotta. kaava AlH 3
Fyysiset ominaisuudet
Osavaltio kiinteä
Moolimassa 30,005 g/ mol
Tiheys 1,45 [1]
Lämpöominaisuudet
Lämpötila
 • hajoaminen 105 [1]
Entalpia
 •  koulutus − 12 [2]  kJ/mol
Luokitus
Reg. CAS-numero 7784-21-6
PubChem 14488
Reg. EINECS-numero 232-053-2
Hymyilee   [AlH3]
InChI   InChI = 1S/Al.3HAZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N
CHEBI 30136
ChemSpider 13833
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Alumiinihydridi- AlH3 , epäorgaaninen binäärinen yhdiste alumiinista vedyn kanssa . Normaaleissa olosuhteissa väritön tai valkoinen kiinteä aine, jolla on polymeerinen rakenne: (AlH 3 ) n .

Se saatiin ensimmäisen kerran vuonna 1942 hehkuvan sähköpurkauksen vaikutuksesta trimetyylialumiinin ja vedyn seokseen [3] .

Käytetään ponneainekomponenttina, voimakkaana pelkistimenä orgaanisessa synteesissä ja katalyyttinä polymerointireaktioissa .

Molekyylirakenne

Normaaleissa olosuhteissa alumiinihydridillä on polymeerinen molekyylirakenne (AlH 3 ) n , kun taas sen kiteinen muoto esiintyy seitsemässä polymorfisessa muunnelmassa : α-(AlH 3 ) n , α 1 -(AlH 3 ) n , β-(AlH 3 ) n , δ-(AlH3 ) n , e- (AlH3 ) n , y-(AlH3 ) n , ζ-(AlH3 ) n [ 4] .

Vakain modifikaatio on α-(AlH3 ) n , jolla on kuusikulmainen syngonia (avaruusryhmä R3c , a = 4,449 Å , b = 4,449 Å, c = 11,804 Å). Al-H-sidoksen pituus on 1,72 Å, Al-Al-sidoksen pituus on 3,24 Å [5] . α-(AlH 3 ) n -rakenne on joukko AlH 6 -oktaedreja, jotka yhdistyvät kuusi kolmikeskistä kaksielektronista Al-H-Al-sidosta kidekehykseksi [6] .

Modifikaatio y-(AlH3 ) n esiintyy ortorombisessa järjestelmässä , avaruusryhmässä Pnnm ( a = 5,3806 Å , b = 7,3555 Å, c = 5,77509 Å). Hydridikidehilan solu koostuu kahdesta AlH 6 -oktaedrista , Al-Al-sidoksen pituus on 2,606 Å. Rakenteen piirre on haarautunut Al-2H-Al-kaksoissiltasidos (Al-H-sidoksen pituus: 1,68-1,70 Å) tavallisen Al-H-Al-sidoksen (Al-H-sidoksen pituus: 1,77) lisäksi. – 1,78 Å). Koska γ-( AlH3 ) n :n kiderakenteessa on suuria onteloita , tämän muunnelman tiheys on noin 11 % pienempi kuin α-(AlH3 ) n : n [7] .

Laserruiskutettujen alumiiniatomien vuorovaikutuksessa vedyn kanssa ultramatalissa lämpötiloissa (3,5 K), jota seuraa ultraviolettisäteily ja normalisointi 6,5 K :ssa, Al 2 H 6 -dimeerin rakenteita voidaan löytää, jotka ovat samanlaisia ​​kuin diboraani B 2 H 6 fotolyysituotteissa [8] . Dimeeri (katso rakenne kuvasta) on erittäin epästabiili kondensoituneessa tilassa, joten sen olemassaolo havaittiin vasta noin viisikymmentä vuotta alumiinihydridin löytämisen jälkeen [9] .

Vuonna 2007 joukko yhdysvaltalaisia ​​tutkijoita toimi alumiiniin vetyatomien plasmavirralla ja havaitsi, että seurauksena muodostuu erilaisia ​​anionisia polynukleaarisia alumiinihydridejä, joiden joukossa anioni Al 4 H 6 - oli erityisen kiinnostava . neutraali hybridi Al 4 H 6 , laskelmien mukaan pitäisi erota havaittavissa stabiilius. Rakenteellisesti yhdisteen tulisi edustaa vääristynyttä tetraedria , jossa on kärjet - alumiiniatomeja, joissa vetyatomit muodostavat neljä terminaalista Al-H-sidosta ja kaksi Al-H-Al-siltasidosta. Suuri energiakynnys korkeampien miehitettyjen ja pienempien vapaan molekyylikiertoradan välillä yhdistettynä poikkeuksellisen korkeaan lämpöarvoon viittaa siihen, että tämä alumiinihydridi voi olla lupaava materiaali rakettipolttoaineena [10] .

Fysikaaliset ominaisuudet

Alumiinihydridi on kiinteä valkoinen [11] tai väritön [12] aine. Tiheys 1,45 [1] (muiden lähteiden mukaan 1,47 [13] ) g/cm³. Liukenee tetrahydrofuraaniin (5 g 100 g:ssa liuotinta 19,5 °C:ssa) [14] .

Termodynaamiset vakiot:

Alumiinihydridin korkea vetypitoisuus aiheuttaa useita sen ominaisuuksia, jotka liittyvät korkean lämpötilan suprajohtavuuden ongelmaan : painealueella ~60 GPa ja lämpötilassa ~1000 K siinä on puolijohdejohtavuusmekanismi ja alueella korkeissa paineissa ja lämpötiloissa (jopa 90 GPa ja 2000 K) sen johtavuus on verrattavissa vedyn metalliseen sähkönjohtavuuteen [16] .

Kemialliset ominaisuudet

Samanlainen kompleksi muodostuu muiden alempien alifaattisten esterien sekä trimetyyliamiinin kanssa : AlH 3  • N(CH 3 ) 3 . Jälkimmäinen vuorovaikuttaa veden kanssa räjähdyksellä [12] . Alumiinihydridiä voidaan myös stabiloida käyttämällä komplekseja muiden amiinien kanssa, esimerkiksi N-metyylipyrrolidiinilla (NMP): AlH 3  • NMP ja AlH 3  • (NMP) 2 [18] . Tunnetaan lukuisia orgaanisten yhdisteiden pelkistysreaktioita alumiinihydridillä (katso kohta ...). Reagoi hitaasti diboraanin kanssa muodostaen alumiiniboorihydridiä (tarkemmin alumiinitetrahydridoboraattia ) [19] :

Haetaan

Nykyään käytetty perusmenetelmä puhtaan alumiinihydridin saamiseksi litiumhydridistä dietyylieetterissä ehdotettiin jo vuonna 1947 [ 20] :

Litiumkloridi saostuu ennen AlH3:n polymeroitumista ja erotetaan eetteriliuoksesta, josta eetterin lisätislauksella saadaan alumiinihydridin ja dietyylieetterin kompleksi [20] .

Myös alumiinihydridiä voidaan saada analogisesti litiumalumiinihydridin reaktiolla rikkihapon , berylliumkloridin , sinkkikloridin [4] , kloorivedyn ja alkyylihalogenidien [21] kanssa :

Litiumalumiinihydridin sijasta voidaan käyttää natriumalumiinihydridiä [22] :

Puhtaan hydridin saamiseksi (ilman liuotinaineepäpuhtauksia) eetterikompleksi kuumennetaan tyhjiössä lisäämällä bentseeniä [6] tai kun läsnä on pieniä määriä LiAlH 4 tai LiAlH 4 + LiBH 4 -seosta [4] . Tässä tapauksessa ensin saadaan β-AlH 3 ja γ-AlH 3 modifikaatiot, jotka sitten siirtyvät stabiilimmaksi α-AlH 3 :ksi [4] .

Toinen tapa saada solvatoitumaton alumiinihydridi eetterillä on natriumalumiinihydridin elektrolyysi tetrahydrofuraanissa [ 23] .

Muiden menetelmien lisäksi huomioimme synteesin magnesiumhydridillä [24] :

Pitkään uskottiin, että alumiinihydridiä ei voida saada alkuaineiden suoralla vuorovaikutuksella, joten sen synteesiin käytettiin yllä olevia epäsuoria menetelmiä [25] . Kuitenkin vuonna 1992 ryhmä venäläisiä tutkijoita suoritti hydridin suoran synteesin vedystä ja alumiinista käyttämällä korkeaa painetta (yli 2 GPa) ja lämpötilaa (yli 800 K). Erittäin ankarista reaktio-olosuhteista johtuen menetelmällä on tällä hetkellä vain teoreettinen arvo [13] .

Sovellus

Alumiinihydridiä käytetään laajalti orgaanisessa synteesissä vahvimpana pelkistimenä.

Koska alumiinihydridi on korkean vetypitoisuuden (10,1 %) yhdiste, sitä käytetään rakettipolttoaineiden ja joidenkin räjähteiden valmistuksessa [26] sekä autonomisten vetyvoimaloiden varastointi- ja tuotantojärjestelmissä.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Luku 3. Fysikaaliset ominaisuudet // Epäorgaanisten aineiden vakiot: hakuteos / Toimittanut prof. R.A. Lidina. - 2. painos, tarkistettu. ja muut .. - M . : "Drofa", 2006. - S. 74. - ISBN 5-7107-8085-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Osa IV. Termodynamiikka. Luku 1. Muodostumisen entalpia, entropia ja aineiden muodostumisen Gibbsin energia // Epäorgaanisten aineiden vakiot: hakuteos / Toimittanut prof. R.A. Lidina. - 2. painos, tarkistettu. ja muita .. - M . : "Drofa", 2006. - S. 442. - 688 s. — ISBN 5-7107-8085-5 .
  3. ↑ Alumiinihydridi // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 osana]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
  4. ↑ 1 2 3 4 Brower FM, Matzek NE, Reigler PF, Rinn HW, Roberts CB, Schmidt DL, Snover JA, Terada K. Alumiinihydridin valmistus ja ominaisuudet  //  Journal of the American Chemical Society. - 1976. - Voi. 98 , ei. 9 . - P. 2450-2453 .
  5. ↑ Turley JW, Rinn HW Alumiinihydridin kristallirakenne  //  Epäorgaaninen kemia. - 1969. - Voi. 8 , ei. 1 . - s. 18-22 .
  6. ↑ 1 2 3 Drozdov A.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. Epäorgaaninen kemia. V.2: Intransitiivisten elementtien kemia / Toim. akad. Yu.N. Tretjakov. - 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. Alumiinin ja vedyn kaksoissiltasidonta γ-AlH 3  :n kiderakenteessa //  Epäorgaaninen kemia. - 2007. - Voi. 46 , nro. 4 . - s. 1051-1055 .
  8. ↑ Andrews L., Wang X. Al 2 H 6 : n infrapunaspektri kiinteässä vedyssä   // Tiede . - 2003. - Voi. 299 , no. 5615 . - s. 2049-2052 .
  9. ↑ Mitzel NW Molecular Dialane ja muut binaarihydridit //  Angewandte Chemie International Edition. - 2003. - Voi. 42 , nro. 33 . - P. 3856-3858 . (linkki ei saatavilla)   
  10. ↑ Li X., Grubisic A., Stokes ST, Cordes J., Ganteför GF, Bowen KH, Kiran B., Willis M., Jena P., Burgert R., Schnöckel H. Al 4 H 6 :n odottamaton stabiilisuus : A Boraani analoginen?  (englanniksi)  // Tiede . - 2007. - Voi. 315 , nro. 5810 . - s. 356-358 .
  11. ↑ Akhmetov N.S. Yleinen ja epäorgaaninen kemia. Oppikirja lukioille. - 4. painos, korjattu. - M . : "Higher School", 2001. - S. 500. - ISBN 5-06-003363-5 .
  12. ↑ 1 2 3 4 Patnaik P. Epäorgaanisten kemikaalien käsikirja. - McGraw-Hill, 2003. - S. 8-9. — ISBN 0-07-049439-8 .
  13. ↑ 1 2 Bulychev B.M., Storozhenko P.A. Molekyyli- ja ionimetallihydridit vedyn lähteinä voimalaitoksille  // Alternative Energy and Ecology. - 2004. - Nro 4 . - s. 5-10 . Arkistoitu alkuperäisestä 5. maaliskuuta 2016.
  14. ↑ Hayosh A. Monimutkaiset hydridit orgaanisessa kemiassa / Käännetty saksasta. - L . : "Kemia", 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. - Voi. 47 , nro. 8 . - P. 2759-2761 .  (linkki ei saatavilla)
  16. ↑ Molodets A.M., Shakhrai D.V., Khrapak A.G., Fortov V.E. Esitys: Alumiinihydridin AlH 3 metallointi korkeissa porrastetun iskupuristuksen paineissa (pdf). Tieteellinen ja koordinoiva istunto "Ei-ideaalisen plasman tutkimus" . Äärivaltioiden lämpöfysiikan instituutti JIHT RAS. — S. 11. Haettu 17. helmikuuta 2010. Arkistoitu 18. huhtikuuta 2012.
  17. ↑ Alumiini // Kemiallinen tietosanakirja / Päätoimittaja I. L. Knunyants. - M . : "Neuvostoliiton tietosanakirja", 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. Alane-kompleksien valmistelu ja karakterisointi energiasovelluksiin  //  The Journal of Physical Chemistry C : Web-julkaisu (4. helmikuuta 2010). – 2010.
  19. ↑ Chambers C., Holliday A.K. Moderni epäorgaaninen kemia . - Chichester: Butterworth & Co (Publishers) Ltd, 1975. - s  . 148 .
  20. ↑ 1 2 Finholt AE, Bond AC Jr., Schlesinger HI Litiumalumiinihydridi, Alumiinihydridi ja Litiumgalliumhydridi ja jotkut niiden sovellukset orgaanisessa ja epäorgaanisessa kemiassa  //  Journal of The American Chemical Society. - 1947. - Voi. 69 , ei. 5 . - s. 1199-1203 .
  21. ↑ Mirsaidov U. Alumiinihydridin synteesi, ominaisuudet ja assimilaatiomenetelmät  // Toimittanut T.  Nejat Veziroğlu , Svetlana Yu Zaginaichenko, Dmitry V. Schur, Bogdan Baranowski, Anatoliy P. Shpak Hydrogen Materials Science: NATOn Carbon Materials Science and Namistry rauhan ja turvallisuuden puolesta -sarja / NATO Science for Peace and Security -sarja A:. - Springer, 2007. - S. 77 -85 . - ISBN 978-1-4020-5512-6 .
  22. ↑ Zakharkin LI, Gavrilenko VV Yksinkertainen menetelmä natrium- ja kaliumalumiinihydridien valmistamiseksi  (englanniksi)  // Russian Chemical Bulletin. - 1961. - Voi. 10 , ei. 12 . - s. 2105-2106 .  (linkki ei saatavilla)
  23. ↑ Clasen Dr.H. Alanat-Synthese aus den Elementen und ihre Bedeutung (saksa)  // Angewandte Chemie. - 1961. - Bd. 73 , no. 10 . - S. 322-331 . (linkki ei saatavilla)   
  24. ↑ Menetelmä alumiinihydridin syntetisoimiseksi. US-patentti 5670129  (eng.) (pdf). FreePatentsOnline.com (23/09/1997). Käyttöpäivä: 15. helmikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 18. huhtikuuta 2012.
  25. ↑ Tikhonov V.N. Alumiinin analyyttinen kemia. — Sarja "Elementtien analyyttinen kemia". - M . : "Nauka", 1971. - S. 11.
  26. ↑ Molodets A.M., Shakhrai D.V., Khrapak A.G., Fortov V.E. Alumiinihydridin AlH 3 metallointi korkeissa porrastetun iskupuristuksen paineissa (pdf). Tieteellinen ja koordinoiva istunto "Ei-ideaalisen plasman tutkimus" . Äärivaltioiden lämpöfysiikan instituutti JIHT RAS. Käyttöpäivä: 17. helmikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 18. huhtikuuta 2012.

Kirjallisuus

Linkit