Struktura, vlastnosti, použití borohydridu sodného (NaBH4)

4235
Sherman Hoover
Struktura, vlastnosti, použití borohydridu sodného (NaBH4)

The borohydrid sodný je anorganická pevná látka, jejíž chemický vzorec je NaBH4. Lze jej považovat za zástupce alkalických borohydridů a je nejčastější z nich. Je to bílá krystalická pevná látka.

Při kontaktu s vodou NaBH4 může generovat teplo a vodík Hdva který je hořlavý, proto s ním musí být zacházeno opatrně. Vzhledem k tomu, jak snadno může generovat hydridové ionty H-, borohydrid sodný je mírně redukující sloučenina, proto se pro tento účel široce používá v chemických reakcích.

Borohydrid sodný, NaBH4, pevný. Ondřej Mangl [Public domain]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jeho redukční vlastnost se používá také v papírenském průmyslu, protože zlepšuje vlastnosti jasu a stability buničiny a papíru působením proti oxidaci celulózy, hlavní složky papíru..

Vzhledem k tomu, že může snadno tvořit vodík v přítomnosti vody, byla také zkoumána možnost jeho použití jako reverzibilního zdroje vodíku v palivových článcích..

Má další využití, vše založené na jeho redukčních vlastnostech, například ve farmaceutickém průmyslu.

Rejstřík článků

  • 1 Struktura
  • 2 Názvosloví
  • 3 Fyzikální vlastnosti
    • 3.1 Fyzický stav
    • 3,2 Molekulová hmotnost
    • 3.3 Teplota samovznícení
    • 3.4 Teplota rozkladu
    • 3.5 Hustota
    • 3.6 Rozpustnost
  • 4 Chemické vlastnosti
  • 5 Rizika
  • 6 Získání
  • 7 použití
    • 7.1 Při redukčních chemických reakcích
    • 7.2 Při výrobě H2 v palivových článcích
    • 7.3 V celulózo-papírenském průmyslu
    • 7.4 V různých použitích
  • 8 Reference

Struktura

Borohydrid sodný je iontová sloučenina. Je tvořen anhydridem borohydridu [BH4]- připojený k sodnému kationtu Na+.

Anion [BH4]- je čtyřboká.

Struktura borohydridu sodného. Kemikungen [Public domain]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jeho struktura Lewis je následující:

Lewisova elektronová struktura NaBH4. Autor: Marilú Stea.

Nomenklatura

-Borohydrid sodný

-Tetrahydroboritan sodný

-Tetrahydroboritan sodný

Fyzikální vlastnosti

Fyzický stav

Pevná bílá krystalická.

Molekulární váha

37,84 g / mol

teplota samovznícení

∼ 220 ° C

Teplota rozkladu

> 250 ° C

Hustota

1,074 g / cm3 při 20 ° C

Rozpustnost

NaBH4 je zcela rozpustný ve vodě (55 g / 100 ml při 25 ° C), kde je částečně hydrolyzován. Je rozpustný v tetrahydrofuranu (THF) a je nerozpustný v diethyletheru.

Chemické vlastnosti

Borohydrid sodný se rozpouští ve vodě, kde prochází počátečním rozkladem nebo hydrolýzou, díky které je roztok zásaditý a brání další hydrolýze..

[BH4]- + HdvaO → B (OH)3 + Hdva↑ + OH-

To je vysvětleno, protože [BH4]- interaguje s H+ vody, kde H+ bere hydridový anion H- za vzniku Hdva. Dá se říci, že BH3 soutěžit s H+ hydridovým iontem H-.

V kyselém prostředí je hydrolýza dokončena kvůli množství iontů H+.

NaBH4 je stabilní na suchém vzduchu. Není to nestálé.

Vzhledem k obsahu hydridových iontů je borohydrid sodný redukční sloučeninou. Umožňuje redukovat karbonylovou skupinu C = O na C-OH, tj. Karbonylové sloučeniny na alkoholy.

NaBH4 Samo o sobě nesnižuje dvojné vazby C = C, dokonce ani ty konjugované s karbonylovými skupinami -C = C-C (= O)-.

Při kontaktu s protonovými kyselinami (například HCl) nebo Lewisovými kyselinami (jako BCl3 nebo AlCl3) vzniká diboran B.dvaH6. A pokud se tato reakce provádí v přítomnosti organických sloučenin s dvojnými vazbami C = C, diboran B.dvaH6 provádí hydroboraci těchto látek.

V přítomnosti vhodných katalyzátorů a specifických podmínek může borohydrid sodný redukovat různé typy funkčních skupin.

Rizika

Teplo z hydrolýzní reakce ve vodě je dostatečné k zapálení vodíku, který se v ní tvoří. Při manipulaci je proto důležité být opatrný.

NaBH4 snadno se vznítí a snadno hoří.

Získávání

Typická reakce na přípravu NaBH4 je přes hydrid sodný NaH a B (OCH3)3 při teplotě asi 250 ° C:

4 NaH + B (OCH3)3 → NaBH4 + 3 NaOCH3

Aplikace

Při redukčních chemických reakcích

Protože je zdrojem iontů H-, NaBH4 Je to redukční sloučenina a používá se k přípravě dalších chemických sloučenin. K tomu se používá v aprotických polárních rozpouštědlech, to znamená bez H protonů+, jako je dimethylsulfoxid, hexamethylfosforamid a dimethylformamid.

Používá se jako redukční činidlo při organických i anorganických chemických reakcích..

Umožňuje redukovat aldehydy na primární alkoholy a ketony na sekundární alkoholy.

Snižuje také alkylhalogenidy na uhlovodíky, jako je jododekan na dekan, kyselina bromoundekanová na kyselinu undekanovou a chlorododekan na dodekan..

Pokud působí samostatně, při provádění redukce neovlivňuje další funkční skupiny, jako je ester, karboxylová kyselina, nitril a sulfon..

Jeho vlastnost neredukovat dvojné vazby C = C, dokonce ani ty konjugované s karbonylovými skupinami -C = C-C (= O) -, umožňuje přípravu nenasycených alkoholů -C = C-CHdva-Ach.

Redukce nitrovaných aromatických sloučenin na jejich odpovídající aniliny vyžaduje přítomnost katalyzátorů, jako je kobalt nebo chlorid cínatý. Redukuje disulfidy na thioly.

Za přítomnosti vhodných podmínek a katalyzátorů umožňuje redukovat karboxylové kyseliny, estery, amidy, nitrily, iminy, epoxidy a dokonce i dvojné a trojné vazby.

Při výrobě Hdva v palivových článcích

NaBH4 lze přeměnit na palivový článek.

NaBH4 v přítomnosti alkalického roztoku KOH nebo NaOH hydrolyzuje a produkuje vodík Hdva které lze použít jako palivo v polymerním elektrolytickém palivovém článku.

Rovněž byl zkoumán jako skladovací materiál pro Hdva reverzibilně.

Nanočástice NaBH jsou syntetizovány4 a stabilizována povrchově aktivní látkou. Po ošetření NiCldva vytvoří se ochranná vrstva nebo povlak, který reguluje uvolňování Hdva zcela reverzibilní.

Tento nový nanometrický materiál by umožnil použití Hdva jako čisté a obnovitelné palivo.

Vozidlo, které běží na vodíkový palivový článek. Dr. Artur Braun (Arturbraun) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.

V celulózo-papírenském průmyslu

Borohydrid sodný se používá ke zlepšení lesku a dalších fyzikálních vlastností buničiny a papíru..

K degradaci celulózové matrice papíru dochází složitými procesy, které zahrnují oxidaci. Hydroxylové skupiny se oxidují na karbonylovou a karboxylovou skupinu, což vede ke změně barvy papíru a ke snížení jeho fyzikálních vlastností..

Při zpracování buničiny nebo papíru NaBH4, To redukuje aldehydy a ketony na -OH skupiny, aniž by to mělo vliv na kyselé karboxylové skupiny, což zlepšuje stabilitu a lesk při vyšších než počátečních hodnotách..

NaBH4 zlepšuje lesk papíru. Autor: Rawpixel. Zdroj: Pixabay.

V různých použitích

Borohydrid sodný se používá k čištění odpadních vod, jako látka zlepšující chuť v potravinářském a nápojovém průmyslu, jako nátěrová látka a pro povrchovou úpravu, při výrobě tabáku, ve farmaceutickém, textilním a průmyslovém průmyslu..

Reference

  1. Christian, M.L. a Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Strategie Core-Shell vedoucí k vysoké reverzibilní skladovací kapacitě vodíku pro NaBH4. ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Obnoveno z pubs.acs.org.
  2. Nora de Souza, M.V. a Alves V., T.R. (2006). Nedávné metodiky zprostředkované borohydridem sodným při redukci různých tříd sloučenin. App. Organometal. Chem. 2006; 20: 798-810. Obnoveno z onlinelibrary.wiley.com.
  3. Imamoto, T. (1991). Snížení. Borohydrid sodný. V komplexní organické syntéze. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  4. Tang, L.C. (1986) Stabilizace papíru zpracováním borohydridem sodným. In Historic Textile and Paper Materials. Kapitola 24. Stránky 427-441. Advances in Chemistry, svazek 212. Obnoveno z pubs.acs.org.
  5. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley & Sons.
  6. Morrison, Robert Thornton; a Boyd, Robert Neilson. 1992. Organická chemie. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
  7. NÁS. Národní lékařská knihovna. (2019). Borohydrid sodný. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.

Zatím žádné komentáře