Borani
Boranii sunt compuși chimici compuși din bor și hidrogen . [1]
Cei mai ușori dintre ei nu sunt compuși foarte stabili și inflamabili - ard ușor cu o flacără verde tipică - dar stabilitatea lor crește odată cu creșterea greutății moleculare; decaboranul , de exemplu, este un solid cristalin stabil care nu reacționează spontan nici cu aerul, nici cu apa .
Structura chimică a boranilor este deficitară în electroni și nu este explicată în mod adecvat prin formarea de legături covalente clasice; structura boranilor prevede de fapt formarea de legături chimice tricentrice (3c, 2e), adică legături covalente în care dubletul de electroni este extins pe trei atomi în loc de doi.
Istorie
Chimistul german Alfred Stock a fost primul care a caracterizat seria boranilor prin analogie cu cea a alcanilor . Cu toate acestea, boranii au rămas o curiozitate de laborator până în cel de- al doilea război mondial , când borohidrura de uraniu a făcut obiectul investigației pentru dezvoltarea proceselor de îmbogățire izotopică a uraniului . Herbert C. Brown ( Premiul Nobel pentru chimie în 1979 ) a început să studieze borani la Universitatea din Chicago în 1942 ca parte a acestui proiect. Structura a fost rezolvată de William Lipscomb laureat al premiului Nobel pentru chimie în 1976.
Reactivii pe bază de boran sunt acum bine cunoscuți și exploatați în sinteza compușilor organici ; borohidrura de sodiu este un reactiv utilizat în mod obișnuit pentru a reduce aldehidele și cetonele în alcooli .
Atât Statele Unite, cât și Uniunea Sovietică, în anii 1950 și 1960, au investit resurse considerabile în studiul combustibililor pe bază de boran de mare energie pentru a fi folosiți în aeronave super rapide precum XB-70 Valkyrie . Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei rachetelor sol-aer a făcut ca avioanele foarte rapide să nu fie foarte convenabile și aceste studii au fost abandonate. Boranele sunt folosite și astăzi pentru alimentarea motoarelor aeronavei SR-71 Blackbird .
Structura chimică
Structura și reactivitatea chimică a boranilor depind în esență de faptul că borul are trei electroni nepereche pentru a fi utilizați pentru formarea legăturilor și a patru orbitați în care să le aloce. În legarea la trei atomi de hidrogen ca în molecula de bor BH 3, bor rămâne o p gol orbital; această nesaturare face ca molecula să fie foarte reactivă: de fapt boranul se dimerizează ușor devenind diboran , B 2 H 6 sau formează grupuri compuse din numeroși atomi de bor. Cele mai stabile structuri sunt caracterizate prin formula generală [B n H n ] 2- (n între 5 și 12), B n H n + 4 și B n H n + 6 .
Formarea dimerului sau a clusterelor compensează decalajul electronic din bor prin producerea de legături numite BHB tricentric , adică legături în care dubletul de electroni leagă trei atomi în loc de doi și în care fiecare atom de bor își asumă geometria tetraedrică obișnuită
HHHHHHH \ / \ / \ / \ / B + B -----> BB | | / \ / \ HHHHH
Regulile lui Wade și Mingos
Prin regulile empirice dezvoltate de Wade și Mingos, în anii 1970 , este posibil să se determine fără echivoc structura geometrică a unui cluster, cunoscută formula sa brută sau calculul electronic al scheletului molecular. Acestea sunt deltaedre , poliedre cu fețe triunghiulare, a căror geometrie este legată de numărul de atomi de bor.
diboran, B 2 H 6
pentaboran- [9], B 5 H 9
decaborane- [14], B 10 H 14
B 12 H 12 2-
Fiecare fragment BH contribuie cu o pereche de electroni la calculul total față de întreaga structură, în timp ce fiecare H contribuie cu un singur electron. Dacă sunt prezente taxe negative, acestea trebuie luate în considerare.
| Structura | Formula generală | Perechi electronice ale scheletului |
|---|---|---|
| closo- | [B n H n ] 2- | n + 1 |
| cuib- | B n H n + 4 | n + 2 |
| arahno- | B n H n + 6 | n + 3 |
| ifo- | B n H n + 8 | n + 4 |
Numele structurilor derivă din limba greacă și în italiană înseamnă cușcă ( closo ), păianjen ( aracno ) și rețea ( ifo ).
Să luăm un exemplu practic de aplicare a regulilor lui Wade și Mingos. Vrem să determinăm geometria moleculară a lui B 5 H 9 . Din formula generală B n H n + 4 rezultă că este un cuib - B 5 H 9 . Dar să analizăm și problema din punctul de vedere al calculului perechilor electronice: putem distinge 5 fragmente BH, cu o contribuție de 5 perechi electronice, și alte 4 H care contribuie cu două perechi; calculul total se dovedește a fi 5 + 2 = 7 perechi, ceea ce este de acord cu regula n + 2 care identifică structurile cuibului .
Valabilitatea regulilor lui Wade și Mingos este confirmată de calculele orbitalilor moleculari . De fapt, numărul total de electroni corespunde umplerii totale a orbitalilor de legare, cu formarea unei structuri stabilizate.
Aplicații industriale
Diboranul este produs industrial în cantități de ordinul a mii de tone / an. Este utilizat ca dopant în semiconductori și ca reactiv în sinteza compușilor organici, exploatând reacția de hidroborare .
Se prepară prin reacția acidului sulfuric cu borohidrura de sodiu; industrial este sintetizat prin reducerea boraxului cu aluminiu și hidrogen folosind clorură de aluminiu ca catalizator .
Precauții
Boranii sunt considerați în medie toxici și cei mai ușori dintre ei sunt ușor inflamabili prin expunerea la aer. Din acest motiv, este adesea necesar să se lucreze cu borani în condiții speciale care includ, de exemplu, utilizarea liniilor de vid sau a atmosferelor inerte.
Notă
Bibliografie
- MA Fox, K. Wade, Pure Appl. Chem. , 75, 9, 1315 (2003)
- NN Greenwood, A. Earnshaw, Chimia elementelor (ediția a II-a) , Butterworth-Heinemann (1997)
- FA Cotton, G. Wilkinson, CA Murillo, M. Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry (ediția a 6-a) , Wiley-Interscience (1999)
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Borani
linkuri externe
- ( EN ) Borani , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | NDL ( EN , JA ) 00560866 |
|---|
