Υδρίδια βορίου

Ο Alfred Stock, ένας Γερμανός επιστήμονας, ήταν ο πρώτος που συνέδεσε και χαρακτήρισε συστηματικά τα υδρίδια του βορίου μεταξύ 1912 και 1937. Τα ονόμασε Βοράνια από τα αλκάνια (εμποτισμένοι υδρογονάνθρακες), που είναι υδρίδια άνθρακα (C) και είναι οι επιτραπέζιοι γείτονες του Βορίου.

Τι είναι τα υδρίδια του βορίου;

Το βοράνιο (BH3) σχηματίζεται ως αέρια κατάσταση από τα άλλα σύνθετα που μπορούν να αναπαρασταθούν ως σύμπλοκο οξέος-βάσης Lewis. Φυσικά, πολλές ενώσεις βορανίου είναι γνωστές.

BH3 + PPh3 H3B-PPh3

Το διμερές διβοράνιο (B2H6) σχηματίζεται απουσία βάσης Lewis. Το διβοράνιο συνήθως συντίθεται από την απόκριση του BF3 με μια πηγή υδριδίου, όπως το NaBH4 ή το LiAlH4.

3 LiAlH4 + 4 BF3 → 2 B2 H6↑ + 3LiAlH4

Μέθοδοι παρασκευής υδριδίων βορίου

Παλαιότερα, οι μέθοδοι για τη δημιουργία Υδριδίων Βορίου ήταν χρονοβόρες και ταραχώδεις, αλλά νεότεροι τρόποι υψηλής απόδοσης έχουν πλέον πάρει τη θέση τους. Η πρώτη σημαντική πρόοδος ήταν η διαφοροποίηση του εμπορίου μεταξύ πρωτονικών συστάδων υδρογόνου και αρνητικών βοριδίων με υδριδικά είδη όπως το LiH ή το LiAlH4 που αντιδρούν με αλογονίδια ή αλκοξείδια βορίου που είχαν περισσότερα θετικά κέντρα βορίου. Τα χαρακτηριστικά του οξέος Lewis του BX3 (X =F, Cl, Br) χρησιμοποιήθηκαν εκτενώς από τον S.G. Shore. Οι συνεργάτες του ξερίζωσαν το H από τα πλέον ευρέως προσβάσιμα ανιόντα βορανίου, όπως το BH4, κ.λπ., με αποτέλεσμα μια επιστημονική σύγχυση.

Η αντίληψη του R. Schaeffer ότι το Nido-B6H10 θα μπορούσε να λειτουργήσει ως βάση Lewis προς το αντιδραστικό (κενό τροχιακό).

Το διβοράνιο μπορεί να παρασκευαστεί στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας βοριοϋδρίδιο του νατρίου που αντιδρά με το ιώδιο παρουσία μιας χημικής ουσίας γνωστής ως Diglyme. Και οι δύο αντιδρούν πολύ καλά. Ως αποτέλεσμα θα πάρουμε ιωδιούχο νάτριο και υδρογόνο και διβοράνιο.

Οι επαναστάτες του βορανίου οδήγησαν σε πολυάριθμα νέα βοράνια σύνδεσης.

Ιδιότητες των υδριδίων του βορίου

Τα βοράνια είναι άχρωμες, διαμαγνητικές, χαμηλής έως μέτριας θερμικής σταθερότητας μοριακές ενώσεις. Σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, τα κατώτερα μέλη είναι παρόντα σε αέρια κατάσταση, αλλά καθώς αυξάνεται η σχετική μοριακή τους μάζα, βρίσκονται υγρά ή στερεά. Τα σημεία βρασμού είναι σαν εκείνα των υδρογονανθράκων συγκρίσιμης σχετικής μοριακής μάζας.

Τα Βοράνια είναι όλα ενδόθερμα, με θετική ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Το θερμοδυναμικό τους χαρακτηριστικό οφείλεται στους εκπληκτικά ισχυρούς διατομικούς δεσμούς τόσο στο Β όσο και στο Η. Τα βοράνια είναι σχεδόν σαν υδρογονάνθρακες με αυτόν τον τρόπο. Επίσης, η αξιοσημείωτη χημική αντιδραστικότητα και η εύκολη θερμολυτική αλληλομετατροπή των βορανίων υποδηλώνει ότι οι δεσμοί τους δεν είναι αδύναμοι.

Δομή Βορανίων

Το Βόριο στα Βοράνια εναποτίθεται στις γωνίες των πολυέδρων, τα οποία μπορούν να εκκινηθούν είτε ως δέλτα αδρόνια (πολύεδρα με τρίγωνες όψεις) είτε ως κλάσματα δελταέδρων, αντί για τις απλές διαμορφώσεις αλυσίδας και δακτυλίου των σύνθετων υλικών άνθρακα. Η κατανόηση της χημείας των συστάδων βορίου έχει στηρίξει τους φαρμακοποιούς στον εξορθολογισμό της χημείας άλλων σύνθετων συστάδων ανόργανων, οργανομεταλλικών και μεταβατικών ουσιών.

Αυτή η δομή περιλαμβάνει προσκόλληση εδάφους τριών κέντρων, στην οποία ένα νέφος ηλεκτρονίων συμμετέχει μεταξύ τριών (αντί δύο) δεσμών.

Αντιδράσεις Βορανίων

Αν και τα βοράνια είναι αυθόρμητα αναφλέξιμα στον αέρα (καίγονται με χαρακτηριστική φλόγα) και η δραστικότητά τους γενικά μειώνεται με την αύξηση της σχετικής μοριακής μάζας. Μια ποικιλία από ανιόντα προηγμένου μοριακού-πολυεδρικού βάρους, όπως τα B10H102 και B12H122, είναι αξιοσημείωτα σταθερά στον αέρα, το νερό και τη θερμότητα.

Τα αραχνοβοράνια είναι γενικά πιο αντιδραστικά και λιγότερο θερμικά σταθερά από τα νινδοβοράνια, τα οποία είναι πιο αντιδραστικά και λιγότερο θερμικά σταθερά από τα κοντινά βοράνια. Ο Alfred Stock πέτυχε για πρώτη φορά συντήξεις βορανίων σε χαμηλή απόδοση με επεξεργασία βοριδίου μαγνησίου (Mg3B2) με οξύ (HCl).

Το διβοράνιο παρασκευάζεται πιο άπταιστα σε υψηλή απόδοση με την απόκριση ιωδίου (I2) με Τετραϋδροβορικό νάτριο (NaBH4, που γενικά ονομάζεται βοροϋδρίδιο του νατρίου) σε διγλύμη ως απορρυπαντικό.

2 NaBH4 + I2 → B2H6 (g) + 2NaI + H2 (g),
ή με την απόκριση ενός στερεού βοροϋδριδίου (δηλαδή, ενός στυλεού που περιέχει το ιόν BH4-) με ένα άνυδρο οξύ,
2 NaBH4 + 2H3PO4 → B2H6 (g) + 2NaH2PO4 +2H2 (g).

Η πιο σημαντική από οικονομική άποψη σειρά παραγώγων βορανίου, και επομένως, τα βοράνια με την υψηλότερη σύνθεση τόσο σε εργαστηριακή όσο και σε ανθρωπογενή κλίμακα είναι τα εμπορικά προσβάσιμα βοροϋδρίδια, τα οποία είναι ιδιαίτερα σημαντικά λόγω της ευρείας λειτουργίας τους ως ανόργανοι αναγωγικοί παράγοντες. Η στερεοειδική απόκριση υδροβορίωσης που αναφέρεται παραπάνω,

3RCH=CH2 + 1/2 B2H6 → B(CH2CH2R)3

(όπου το R είναι μια ομάδα αλκυλίου), σχεδόν ποσοτικά αποδίδει οργανοβοράνια, τα οποία διαδοχικά μπορούν να δώσουν πολύχρωμα οργανικά σύνθετα όπως το αρχικό αλκένιο ή η πρωτοταγής αλκοόλη.

Τα υδρίδια βορίου έχουν μια σειρά λειτουργιών

1) Το διβοράνιο χρησιμοποιείται για την επιλογή υδριδίων βορίου, συμπεριλαμβανομένων των LiBH4 και NaBH4.

2) Χρησιμοποιείται σε οργανικές αποκρίσεις ως μειωτής.

3) Χρησιμοποιείται ως υπερηχητικό προωθητικό πυραύλων.

Συμπέρασμα

Η 4η ένωση του βορίου είναι γνωστή ως υδρίδιο του βορίου. Το βόριο συνδυάζεται με το υδρογόνο και, στη συνέχεια, ονομάζεται βοράνια, που είναι ένα συγκεκριμένο όνομα που του δόθηκε. Είναι ένα δηλητηριώδες αέριο, είναι σταθερό μόνο σε χαμηλή θερμοκρασία, αλλά σε υψηλότερη θερμοκρασία σχηματίζει υψηλότερα βοράνια. Μόλις το διβοράνιο έρθει σε επαφή με το οξυγόνο, παίρνει αμέσως φωτιά λόγω της ζωηρής φύσης του. Όλα τα υψηλότερα βοράνια αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο.