НАТРИЕВ БОРОХИДРИД (NABH4): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На натриев борохидрид е неорганична твърдо вещество с химична формула NaBH ₄. Той може да се счита за представител на алкалните борохидриди и е най-често срещаният от тях. Това е бяло кристално твърдо вещество.

При контакт с вода, NaBH ₄ може да генерира топлина и водород H ₂, която е запалим, така че трябва да се работи внимателно. Поради лекотата, с която може да генерира Н ^- хидридни йони, натриевият борхидрид е умерено редуциращо съединение и затова широко се използва в химични реакции за тази цел.

Натриев борохидрид, NaBH ₄, твърдо вещество. Онджей Мангл. Източник: Wikimedia Commons.

Намаляващото му свойство се използва и в хартиената промишленост, тъй като подобрява характеристиките на яркостта и стабилността на целулозата и хартията, като действа срещу окисляването на целулозата, основният компонент на хартията.

Тъй като той лесно може да образува водород в присъствието на вода, е проучена и възможността за използването му като обратим източник на водород в горивни клетки.

Той има други приложения, които се основават на намаляващото му свойство, например във фармацевтичната индустрия.

структура

Натриевият борхидрид е йонно съединение. Образува се от борхидридния анион ^- прикрепен към натриевия катион Na ⁺.

Анионът ^- е тетраедричен.

Структура на натриев борохидрид. Kemikungen. Източник: Wikimedia Commons.

Структурата на Люис е следната:

Електронна структура на Lewis на NaBH ₄. Автор: Marilú Stea.

номенклатура

-Натриев борохидрид

-Натриев тетрахидроборат

-Натриев тетрахидробурат

Физични свойства

Физическо състояние

Кристално бяло твърдо вещество.

Молекулно тегло

37,84 g / mol

Температура на самозапалване

∼ 220 ºC

Температура на разлагане

> 250 ° С

плътност

1,074 g / cm ³ при 20 ° C

разтворимост

NaBH ₄ е доста разтворим във вода (55 g / 100mL при 25 ° C), където е частично хидролизиран. Той е разтворим в тетрахидрофуран (THF) и е неразтворим в диетилов етер.

Химични свойства

Натриевият борхидрид се разтваря във вода, където се подлага на първоначално разлагане или хидролиза, което прави разтвора основен, предотвратявайки по-нататъшната хидролиза.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Това се обяснява защото ^- взаимодейства с Н ⁺ от водата, където Н ⁺ отнема хидрид анион Н ^- да образуват Н ₂. Може да се каже, че BH _{3 се} конкурира с Н ⁺ за хидридния йон Н ^-.

В кисела среда хидролизата е пълна поради изобилието на Н ⁺ йони.

NaBH ₄ е стабилен на сух въздух. Не е изменчив.

Поради съдържанието си на хидридни йони, натриевият борхидрид е редуциращо съединение. Той позволява да се намали карбонилната група С = О до С-ОН, тоест карбонилни съединения до алкохоли.

NaBH ₄ по себе си не намалява С = С двойни връзки, дори и тези, конюгиран с карбонилни групи -С = СС (= О) -.

Въпреки това, при контакт с протонни киселини (например солна киселина) или Люисови киселини (такива като Bcl ₃ или АЮЬ ₃), диборан В ₂ Н _{се образува 6}. И ако тази реакция се провежда в присъствието на органични съединения с С = С двойни връзки, на диборан В ₂ H ₆ извършва хидробориране от тях.

В присъствието на подходящи катализатори и специфични условия, натриевият борхидрид може да намали различни видове функционални групи.

Рискове

Топлината на реакцията на хидролиза във вода е достатъчна за възпламеняване на водорода, който се образува в нея. Затова е важно да проявите повишено внимание при работа с него.

NaBH ₄ лесно се запалва и гори лесно.

Получаване

Типична реакция за получаването на NaBH ₄ е с натриев хидрид NaH и В (ОСН ₃) ₃ при температура от около 250 ° С:

4 NaH + B (ОСН ₃) ₃ → NaBH ₄ + 3 МаОСН ₃

Приложения

При намаляване на химичните реакции

Като източник на H ^- йони, NaBH ₄ е редуциращо съединение и се използва за получаване на други химични съединения. За това се използва в апротонни полярни разтворители, тоест без Н ⁺ протони, като диметилсулфоксид, хексаметилфосфорамид и диметилформамид.

Използва се като редуциращо средство както при органични, така и при неорганични химични реакции.

Той позволява да се редуцират алдехидите до първичните алкохоли, а кетоните - до вторичните алкохоли.

Той също така редуцира алкиловите халиди до въглеводороди като йододекан до декан, бромоудеканова киселина до ундеканова киселина и хлорододекан до додекан.

Ако действа самостоятелно, намаляването не засяга други функционални групи като естер, карбоксилна киселина, нитрил и сулфон.

Неговата собственост на не намаляване С = С двойни връзки, дори тези, конюгиран с карбонилни групи -С = СС (= О) -, позволява получаването на ненаситени алкохоли, -С = С-СН ₂ -ОН.

За намаляване на нитрираните ароматни съединения до съответните им анилини изисква присъствието на катализатори като кобалт или калаен хлорид. Намалява дисулфидите до тиолите.

В присъствието на подходящи катализатори и условия той позволява да се намалят карбоксилните киселини, естери, амиди, нитрили, имини, епоксиди и дори двойни и тройни връзки.

В производството на Н

NaBH ₄ може да се превърне в горивна клетка.

NaBH ₄ в присъствието на алкален разтвор на КОН или NaOH хидролизира и произвежда водород H ₂, който може да се използва като гориво в полимерен електролит горивна клетка.

Той също е изследван като обратим материал за съхранение на H ₂.

Наночастиците NaBH ₄ се синтезират и стабилизират с повърхностно активно вещество. След лечение с @ СЬ ₂, защитен слой или покритие се образува, който регулира освобождаването на Н ₂ в напълно обратим начин.

Тази нова нанометрично материал ще позволи използването на H ₂ като чисто гориво, произведено в възобновяем начин.

Превозно средство, захранвано с водородни горивни клетки. Д-р Артур Браун (Arturbraun). Източник: Wikimedia Commons.

В целулозно-хартиената промишленост

Натриевият борхидрид се използва за подобряване на блясъка и други физични свойства на целулоза и хартия.

Разграждането на целулозната матрица на хартията става чрез сложни процеси, които включват окисляване. Хидроксилните групи се окисляват до карбонил и карбоксил, това води до промяна в цвета на хартията и намаляване на нейните физични свойства.

Чрез обработката на пулпата или хартията с NaBH ₄, тя намалява алдехидите и кетоните до -OH групи, без да влияе върху групите на карбоксилната киселина, подобрявайки стабилността и блясъка при по-високи от първоначалните стойности.

NaBH ₄ подобрява блясъка на хартията. Автор: Rawpixel. Източник: Pixabay

При различни приложения

Натриевият борхидрид се използва за пречистване на отпадни води, като подобряващо аромата средство в хранително-вкусовата промишленост, като покриващо средство и за повърхностна обработка, в тютюнопроизводството, във фармацевтичната, текстилната и промишлената промишленост. Кожа.

Препратки

1. Кристиан, ML и Aguey-Zinsou, K.-F. (2012 г.). Стратегия на основната обвивка, водеща до висок обратим капацитет за съхранение на водород за NaBH ₄. ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Възстановено от pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV и Alves V., TR (2006). Последни методологии, медиирани от натриев борохидрид при редукцията на различни класове съединения. Приложение. Органометал Chem. 2006; 20: 798-810. Възстановено от onlinelibrary.wiley.com.
3. Имато, Т. (1991). Намаляване. Натриев борохидрид. В цялостен органичен синтез. Възстановени от sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) Стабилизиране на хартия чрез третиране с натриев борохидрид. В исторически текстилни и хартиени материали. Глава 24. Страници 427-441. Напредък в областта на химията, том 212. Възстановено от pubs.acs.org.
5. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
6. Морисън, Робърт Торнтън; и Бойд, Робърт Нийлсън. 1992. Органична химия. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Натриев борохидрид. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.