Διβοράνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Διβοράνιο
Diborane-2D.png
Diborane-3D-balls-A.png
Χημικό όνομα Διβοράνιο
Δομικές ιδιότητες
Χημικός τύπος B2H6
Μοριακή μάζα 27,67 amu
Φυσικές ιδιότητες
Εμφάνιση: άχρωμο αέριο
Σημείο τήξεως −165,5 °C (107,66 K)
Σημείο ζέσεως -92,4 °C (180,76 K)
Πυκνότητα 12,16 kg/m3

Το διβοράνιο (B2H6) είναι μια χημική ένωση βορίου και υδρογόνου. Ανήκει στα βοράνια. Eίναι ένα άχρωμο αέριο (στις συνηθισμένες συνθήκες) με έντονα γλυκιά οσμή. Σχηματίζει όμως εύκολα εκρηκτικά μίγματα με το ατμοσφαιρικό αέρα. Αναφλέγεται μάλιστα και σε θερμοκρασία δωματίου, αν υπάρχει αρκετή υγρασία στον αέρα.

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το διβοράνιο υιοθετεί μια δομή D2h που περιέχει τέσσερα (4) τερματικά και δυο (2) γεφυρωματικά άτομα υδρογόνου που περιβάλλουν τα δυο (2) άτομα βορίου που δεν συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς. Το μοντέλο καθορίστηκε από τη θεωρία των μοριακών τροχιακών. Δίνει κλασσικούς και τυπικούς ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων βορίου και των τερματικών ατόμων υδρογόνου, δηλαδή δεσμούς τύπου σ (1s - 2sp2) μήκους 119 pm και πόλωση 5‰ (B+-H-). Μεταξύ όμως των ατόμων βορίου και των γεφυρωτικών ατόμων υδρογόνου σχηματίζονται ομοιοπολικοί δεσμοί «μπανάνας», δηλαδή 3 πυρήνων (B H B) και 2 ηλεκτρονίων. Η απόσταση μεταξύ των πυρήνων είναι 133 pm. Οι γωνίες για τα άτομα της γέφυρας είναι 83° (\widehat{B H B}) και 97° (\widehat{H B H} ) 0 H διαφορά μήκους στα δυο είδη δεσμών αντικατοπτρίζει και τη διαφορά ισχύος και άρα σταθερότητάς τους. Οι δεσμοί των τερματικών υδρογόνων είναι ισχυρότεροι και πιο σταθεροί. Η δομή είναι ισοηλεκτρονική με του ιόντος [C2H6]2+ που προκύπτει από τη διπρωτονίωση του αιθενίου[1]. Το διβοράνιο είναι μία από τις πολλές ενώσεις με τέτοια ασυνήθιστη δεσμολογία[2].

Από τα άλλα χημικά στοιχεία της IIIA ομάδας του Περιοδικού Συστήματος, το γάλλιο σχηματίζει μια ανάλογη σταθερή ένωση, το διγαλλάνιο (Ga2H6). Το αργίλιο σχηματίζει μια ασταθή, αλλά απομονώσιμη, ανάλογη ένωση που παίρνει το όνομα διαργιλάνιο (Al2H6)[3]. Μέχρι τώρα δεν έχουν ανακαλυφθεί υδρίδια του ίνδιου και του θάλλιου[4].

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Έχουν βρεθεί πολλές μέθοδοι παραγωγής διβορανίου. Οι περισσότερες από αυτές βασίζονται σε αντιδράσεις υδριδίων μετάλλων με βοριοαλογονίδια.

1. Η βιομηχανική μέθοδος παραγωγής του περιλαμβάνει την αναγωγή βοριοτριφθορίδιου (BF3) από υδρίδιο του νατρίου (NaH):


\mathrm{ 2BF_3 + 6NaH \xrightarrow{} B_2H_6 + 6NaF}

2. Μια παρόμοια εργαστηριακή μέθοδος περιλαμβάνει την αναγωγή του βοριοτριφθορίδιου από νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4):


\mathrm{ 4BF_3 + 3NaBH_4 \xrightarrow{} 2B_2H_6 + 3NaBF_4}

3. Εντελώς ανάλογη είναι και η αναγωγή του βοριοτριχλωρίδιου (BCl3) από λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4):


\mathrm{ 4BCl_3 + 3LiAlH_4 \xrightarrow{} 2B_2H_6 + 3LiAlCl_4}

4. Μια παλαιότερη μέθοδος είναι η επίδραση ενός μη οξειδωτικού οξέος, όπως το φωσφορικό οξύ (H3PO4) ή το αραιό θειικό οξύ (H2SO4) σε βοριοϋδρίδια αλκαλίων. Π.χ.:


\mathrm{ 6NaBH_4 + 2H_3PO_4 \xrightarrow{} 3B_2H_6 + 6H_2 + 2Na_3PO_4}

5. Επίσης χρησιμοποιήθηκε και η επίδραση στοιχειακού ιωδίου (I2) σε νατριοβοριοϋδρίδιο. Χρησιμοποιείται τετραϋδροφουράνιο ως διαλύτης:


\mathrm{ 2NaBH_4 + I_2 \xrightarrow{THF} B_2H_6 + H_2 + 2NaI}

6. Μέθοδος Herstellung:


\mathrm{B_2O_3 + 2Al + 3H_2 + AlCl_3 \xrightarrow[750\;bar]{150^oC} B_2H_6 + 3AlOCl}

Αντιδράσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το διβοράνιο είναι πολύ δραστικό και ευέλικτο αντιδραστήριο που έχει ένα μεγάλο αριθμό από χημικές εφαρμογές[5].

1. Η πιο σημανυική κατηγορία αντιδράσεων είναι η δημιουργία συμπλόκων με βάσεις κατά Lewis. Συχνά τέτοια άμεσα παράγωγα χρησιμοποιούνται για την ταχεία παραγωγή άλλων. Αξιοσημείωτη υποπερίπτωση είναι τα σύμπλοκα με τετραϋδροφουράνιο (THF) και διμεθυλοθειαιθέρα (Me2S), που είναι και οι δυο δημοφιλείς υγρά οργανικά αναγωγικά αντιδραστήρια. Σ' αυτά τα 1:1 σύμπλοκα το βόριο αποκτά τετραεδρική γεωμετρία, ενωμένο τα τρία (3) άτομα υδρογόνου και το άτομο του οξυγόνου του THF ή του θείου του Me2S, αντίστοιχα.


\mathrm{ B_2H_6 + 2THF \xrightarrow{} 2(THF)BH_3}
ή
\mathrm{ B_2H_6 + 2Me_2S \xrightarrow{} 2BH_3SMe_2}

Τα αμφίβολης σταθερότητας σύμπλοκα που λαμβάνονται διατηρούνται σε ατμόαφαιρα αζώτου και σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C).

2. Αντιδρά με την αμμωνία (NH3), με την οποία δίνει βοραζάνιο (BH3NH3) ή διβοραδιαζάνιο3ΝΒ2Η6ΝΗ3, DADB), ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες συνθήκες.


\mathrm{ B_2H_6 + 2NH_3 \xrightarrow{} 2BH_3NH_3}
ή
 \mathrm{ B_2H_6 + 2NH_3 \xrightarrow{} H_3NB_2H_6NH_3}

3. Το διβοράνιο, δίνει επίσης προϊόντα προσθήκης σε διπλούς ή τριπλούς δεσμούς, που οδηγούν σε παραπέρα αντιδράσεις και παράγωγα. Π.χ.[6]:

\mathrm{
2CH_2=CH_2 + B_2H_6 \xrightarrow{} 2CH_3CH_2BH_2 \xrightarrow{+2CH_2=CH_2} 2(CH_3CH_2)_2BH \xrightarrow{+2CH_2=CH_2} 2(CH_3CH_2)_3B \xrightarrow{+6H_2O_2} 6CH_3CH_2OH + 2H_3BO_3
}

4. Το διβοράνιο υδρολύεται με νερό δίνοντας υδρογόνο και βορικό οξύ.


\mathrm{ B_2H_6 + 6H_2O \xrightarrow{} 6H_2 + 2H_3BO_3}

5. Το διβοράνιο δρα, ακόμη, ως αναγωγικό αντιδρατήριο, ανάγοντας π.χ. καρβονικά οξέα (RCOOH) στις αντίστοιχες αλκοόλες (RCH2OH):


\mathrm{ B_2H_6 + 3RCOOH  + 3H_2O \xrightarrow{} 3RCH_2OH + 2H_3BO_3}

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. G. Rasul, G. K. S. Prakash, G. A. Olah (2005). "Comparative ab Initio Study of the Structures and Stabilities of the Ethane Dication C2H62+ and Its Silicon Analogues Si2H62+ and CSiH62+". J. Phys. Chem. A 109 (5): 798–801. doi:10.1021/jp0404652.
  2. Laslo P (2000). "A Diborane Story". Angewandte Chemie International Edition 39: 2071–2072. doi:10.1002/1521-3773(20000616)39:12<2071::AID-ANIE2071>3.0.CO;2-C. abstract
  3. Andrews, Lester; Wang, Xuefeng (2003). "The Infrared Spectrum of Al2H6 in Solid Hydrogen". Science 299 (5615): 2049–2052. doi:10.1126/science.1082456.
  4. Downs, Anthony J.; Colin R. Pulham (1994). "The hydrides of aluminium, gallium, indium and thallium: A re-evaluation". Chemical Society Reviews (Cambridge: Royal Society of Chemistry) 23 (3): 175–184. doi:10.1039/cs9942300175.
  5. Mikhailov BM (1962). «The Chemistry of Diborane». Russian Chemical Review 31 (31): 207–224. doi:10.1070/RC1962v031n04ABEH001281. 
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 156, §6.8.5.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Diborane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Diboran της Γερμανικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).