БОРГІДРИД НАТРІЮ (NABH4): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Боргідрід натрію являє собою неорганічне речовина з хімічною формулою NaBH ₄ . Його можна вважати представником борогідридів лугів і є найбільш поширеним із них. Це біле кристалічне тверде речовина.

При контакті з водою NaBH ₄ може генерувати тепло і водень H _2, який є горючим, тому з ним слід поводитися обережно. Через легкість, з якою він може генерувати іони Н ^- гідриду , боргідрид натрію є сполукою, що помірно відновлює, і тому широко використовується для хімічних реакцій для цієї мети.

Боргідрид натрію, NaBH ₄ , твердий. Ондржей Мангл. Джерело: Wikimedia Commons.

Його зменшувальна властивість застосовується також у паперовій промисловості, оскільки покращує яскравість і стійкість характеристик целюлози та паперу, діючи проти окислення целюлози, основного компонента паперу.

Оскільки він може легко утворювати водень у присутності води, також була досліджена можливість використання його як оборотного джерела водню в паливних елементах.

Він має інші види використання, що базуються на його зменшення властивості, наприклад, у фармацевтичній промисловості.

Будова

Боргідрид натрію - іонна сполука. Вона утворена з допомогою борогідріда аниона ^- приєднаний до катиону натрію Na ⁺ .

Аніон ^- чотиригранний.

Структура боргідриду натрію. Кемікунген. Джерело: Wikimedia Commons.

Його структура Льюїса така:

Електронна структура Льюїса NaBH ₄ . Автор: Marilú Stea.

Номенклатура

-Боргідрид натрію

-Тетрагідроборат натрію

-Тетрагідробурат натрію

Фізичні властивості

Фізичний стан

Кристалічне біле тверда речовина.

Молекулярна маса

37,84 г / моль

Температура автозапуску

∼ 220 ºC

Температура розкладання

> 250 ºC

Щільність

1,074 г / см ³ при 20 ºC

Розчинність

NaBH ₄ досить розчинний у воді (55 г / 100 мл при температурі 25 ° С), де він частково гідролізується. Він розчинний у тетрагідрофурані (ТГФ) і нерозчинний у діетиловому ефірі.

Хімічні властивості

Боргідрид натрію розчиняється у воді, де він піддається первинному розкладанню або гідролізу, що робить розчин основним, запобігаючи подальшому гідролізу.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Це пояснюється , тому що ^- взаємодіє з Н ⁺ води, де Н ⁺ бере гідрид аніон Н ^- з утворенням Н ₂ . Можна сказати, що BH ₃ конкурує з Н ⁺ за гідрид-іон Н ^- .

У кислому середовищі гідроліз завершений через велику кількість іонів Н ⁺ .

NaBH ₄ стабільний на сухому повітрі. Він не мінливий.

Завдяки вмісту іонів гідриду, боргідрид натрію є відновлювальною сполукою. Це дозволяє зводити карбонільну групу C = O до C-OH, тобто карбонільних сполук до спиртів.

NaBH ₄ сам по собі не зменшує подвійні зв’язки C = C, навіть не сполучені з карбонільними групами –C = CC (= O) -.

Однак при контакті з протоновими кислотами (такими як HCl) або кислотами Льюїса (такими як BCl ₃ або AlCl ₃ ) _{утворюється} диборан B ₂ H ₆ . І якщо ця реакція проводиться в присутності органічних сполук з подвійними зв’язками C = C, диборан B ₂ H ₆ здійснює гідроборотування їх.

За наявності відповідних каталізаторів та специфічних умов борогідрид натрію може знижувати різні типи функціональних груп.

Ризики

Теплота реакції гідролізу у воді достатня для запалення водню, що утворюється в ній. Тому важливо проявляти обережність при поводженні з ним.

NaBH ₄ легко запалюється і легко горить.

Отримання

Типова реакція приготування NaBH ₄ з гідридом натрію NaH та B (OCH ₃ ) ₃ при температурі близько 250 ºC:

4 NaH + B (OCH ₃ ) ₃ → NaBH ₄ + 3 NaOCH ₃

Програми

У відновленні хімічних реакцій

В якості джерела Н ^- іонів , NaBH ₄ є відновником з'єднання і використовується для отримання інших хімічних сполук. Для цього його використовують в апротонних полярних розчинниках, тобто без Н ⁺ протонів , таких як диметилсульфоксид, гексаметилфосфорамід та диметилформамід.

Застосовується як відновник як в органічних, так і в неорганічних хімічних реакціях.

Це дозволяє зводити альдегіди до первинних спиртів, а кетони - до вторинних спиртів.

Він також зменшує галогеніди алкілу до вуглеводнів, таких як йододекан до декан, бромуденканової кислоти до ундеканової кислоти та хлородекана до додекана.

Якщо воно діє поодинці, зниження не впливає на інші функціональні групи, такі як ефір, карбонова кислота, нітрил та сульфон.

Його властивість - не зменшувати подвійні зв’язки С = С, навіть ті, що сполучені з карбонільними групами -С = СС (= О) -, дає змогу готувати ненасичені спирти -С = С-СН ₂ -ОН.

Для зменшення азотних ароматичних сполук до відповідних анілінів необхідна наявність каталізаторів, таких як кобальт або хлорид олова. Зменшує дисульфід до тиолів.

За наявності відповідних каталізаторів та умов це дозволяє зменшити карбонові кислоти, ефіри, аміди, нітрили, іміни, епоксиди та навіть подвійні та потрійні зв’язки.

У виробництві Н

NaBH ₄ може бути перетворений в паливний елемент.

NaBH ₄ в присутності лужного розчину KOH або NaOH гідролізується і утворюється водень H _2, який може використовуватися в якості палива в полімерному електролітному паливному елементі.

Він також був досліджений як оборотний матеріал для зберігання H ₂ .

Наночастинки NaBH ₄ синтезуються та стабілізуються поверхнево-активною речовиною. Після обробки NiCl ₂ утворюється захисний шар або покриття, яке регулює вивільнення H ₂ абсолютно оборотно.

Цей новий нанометричний матеріал дозволив би використовувати H ₂ як чисте паливо, вироблене відновлюваним способом.

Автомобіль, що працює на водневих паливних елементах. Доктор Артур Браун (Arturbraun). Джерело: Wikimedia Commons.

У целюлозно-паперовій промисловості

Боргідрид натрію використовується для поліпшення блиску та інших фізичних властивостей целюлози та паперу.

Деградація целюлозної матриці паперу відбувається шляхом складних процесів, що передбачають окислення. Гідроксильні групи окислюються до карбонільної та карбоксильної, це призводить до знебарвлення паперу та зниження його фізичних властивостей.

Обробляючи м'якоть або папір NaBH ₄ , він зменшує альдегіди та кетони до -OH груп, не впливаючи на групи карбонових кислот, покращуючи стабільність та блиск при вищих за початкові значення.

NaBH ₄ покращує блиск паперу. Автор: Rawpixel Джерело: Pixabay.

У різних сферах використання

Борогідрид натрію застосовується для очищення стічних вод, як підсилювача смаку в харчовій промисловості та напоях, як агент для покриття та для поверхневої обробки, у виробництві тютюну, фармацевтичній, текстильній та промисловій промисловості. Шкіра

Список літератури

1. Крістіан, ML та Aguey-Zinsou, K.-F. (2012 р.). Стратегія основної оболонки, що веде до високої оборотної ємності для зберігання водню для NaBH ₄ . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Відновлено з pubs.acs.org.
2. Нора де Суза, М. В. та Алвес В., TR (2006). Останні методології, опосередковані борогідридом натрію, для відновлення різних класів сполук. Додаток органометал. Хім. 2006; 20: 798-810. Відновлено з сайту onlinelibrary.wiley.com.
3. Имамето, Т. (1991). Зменшення. Борогідрид натрію. У всебічному органічному синтезі. Відновлено з sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) Стабілізація паперу за допомогою обробки натрієм борогідридом. В історичних текстильних та паперових матеріалів. Глава 24. Сторінки 427-441. Успіхи хімії, том 212. Отримано з pubs.acs.org.
5. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
6. Моррісон, Роберт Торнтон; та Бойд, Роберт Нілсон. 1992. Органічна хімія. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. Національна медична бібліотека США. (2019). Боргідрид натрію. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.