NĀTRIJA BOROHIDRĪDS (NABH4): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Nātrija borhidrīdu, ir neorganisks ciets ar ķīmiskā formula NaBH ₄ . To var uzskatīt par sārmu borohidrīdu reprezentatīvu, un tas ir visizplatītākais no tiem. Tā ir balta kristāliska cieta viela.

Kad saskarē ar ūdeni, NaBH ₄ var radīt siltuma un ūdeņraža H ₂ , kas ir degošs, tādēļ tā ir apstrādāta ar uzmanīgi. Sakarā ar to, ka tas viegli rada H ^- hidrīda jonus , nātrija borohidrīds ir mēreni reducējošs savienojums, tāpēc tam plaši izmanto ķīmiskās reakcijas.

Nātrija borhidrīdu, NaBH ₄ , ciets. Ondřej Mangl. Avots: Wikimedia Commons.

Tā reducējošā īpašība tiek izmantota arī papīra rūpniecībā, jo tā uzlabo celulozes un papīra spilgtuma un stabilitātes īpašības, iedarbojoties pret celulozes, kas ir galvenā papīra sastāvdaļa, oksidēšanu.

Tā kā tas ūdens klātbūtnē var viegli veidot ūdeņradi, tika pētīta arī iespēja to izmantot kā atgriezenisku ūdeņraža avotu kurināmā elementos.

Tam ir citi lietojumi, kuru pamatā ir tā samazinošās īpašības, piemēram, farmācijas rūpniecībā.

Uzbūve

Nātrija borohidrīds ir jonu savienojums. To veido borohidrīda anjons ^- pievienots nātrija katjonam Na ⁺ .

Anjons ^- ir tetraedrisks.

Nātrija borohidrīda struktūra. Kemikungen. Avots: Wikimedia Commons.

Tā Lūisa struktūra ir šāda:

Lewis NaBH ₄ elektroniskā struktūra . Autors: Marilú Stea.

Nomenklatūra

-Nātrija borohidrīds

-Nātrija tetrahidroborāts

-Nātrija tetrahidruroborāts

Fizikālās īpašības

Fiziskais stāvoklis

Kristāliski balta cieta viela.

Molekulārais svars

37,84 g / mol

Pašnoteikšanās temperatūra

∼ 220 ºC

Sadalīšanās temperatūra

> 250 ºC

Blīvums

1074 g / cm ³ pie 20 ºC

Šķīdība

NaBH ₄ ir diezgan šķīst ūdenī (55 g / 100 ml pie 25 ° C), kur tas ir daļēji hidrolizēts. Tas šķīst tetrahidrofurānā (THF) un nešķīst dietilēterī.

Ķīmiskās īpašības

Nātrija borohidrīds izšķīst ūdenī, kur tas sākotnēji sadalās vai hidrolizējas, kas padara šķīdumu bāzisku, novēršot turpmāku hidrolīzi.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Tas izskaidrojams tāpēc, ka ^- mijiedarbojas ar ūdens H ⁺ , kur H ⁺ ņem hidrīda anjonu H ^- , veidojot H ₂ . Var teikt, ka BH ₃ konkurē ar H ⁺ par hidrīda jonu H ^- .

Skābā vidē hidrolīze ir pabeigta H ⁺ jonu pārpilnības dēļ .

NaBH ₄ ir stabils sausā gaisā. Tas nav nepastāvīgs.

Sakarā ar hidrīda jonu saturu nātrija borohidrīds ir reducējošs savienojums. Tas ļauj reducēt karbonilgrupu C = O līdz C-OH, tas ir, karbonilsavienojumus par spirtiem.

NaBH ₄ pati par sevi nesamazina C = C dubultsaites, ne pat tie, kas konjugēts ar karbonilgrupām -C = CC (= O) -.

Tomēr, saskaroties ar protona skābes (piemēram, HCl) vai Lūisa skābes (piemēram, Bcl ₃ vai ALCL ₃ ), diborane B ₂ H _{6 veidojas} . Un, ja šo reakciju veic organisku savienojumu klātbūtnē ar C = C divkāršajām saitēm, tad diborāns B ₂ H ₆ veic šo hidroborēšanu.

Atbilstošu katalizatoru un īpašu apstākļu klātbūtnē nātrija borohidrīds var samazināt dažādu veidu funkcionālās grupas.

Riski

Hidrolīzes reakcijas siltums ūdenī ir pietiekams, lai aizdedzinātu tajā esošo ūdeņradi. Tāpēc, rīkojoties ar to, ir svarīgi ievērot piesardzību.

NaBH ₄ viegli aizdegas un viegli sadedzina.

Iegūšana

Tipisks sagatavošana reakcija NaBH ₄ ir ar nātrija hidrīda NaH un B (OCH ₃ ) ₃ temperatūrā aptuveni 250 ° C temperatūrā:

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

Lietojumprogrammas

Samazinot ķīmiskās reakcijas

Kā avotu H ^- joniem , NaBH ₄ ir reducējošais savienojums un tiek izmantota, lai sagatavotu citus ķīmiskos savienojumus. Šim nolūkam to izmanto aprotiskos polāros šķīdinātājos, tas ir, bez H ⁺ protoniem , piemēram, dimetilsulfoksīdā, heksametilfosforamīdā un dimetilformamīdā.

To izmanto kā reducētāju gan organiskās, gan neorganiskās ķīmiskās reakcijās.

Tas ļauj samazināt aldehīdus līdz primārajiem spirtiem un ketonus - par sekundārajiem spirtiem.

Tas arī samazina alkilhalogenīdus līdz ogļūdeņražiem, piemēram, jododekānu līdz dekānam, bromdedekānskābi līdz undekānskābei un hlorododekānu līdz dodekānam.

Ja tas darbojas atsevišķi, reducēšana neietekmē citas funkcionālās grupas, piemēram, esteri, karbonskābi, nitrilu un sulfonu.

Tās īpašumā nav samazināt C = C dubultsaites, nav pat tie, kas konjugēts ar karbonilgrupām -C = CC (= O) -, dod iespēju pagatavot nepiesātinātos spirtus -C = C-CH ₂ OH.

Nitrētu aromātisko savienojumu reducēšanai līdz attiecīgajiem anilīniem ir nepieciešami katalizatori, piemēram, kobalts vai alvas hlorīds. Sadala disulfīdus līdz tioliem.

Piemērotu katalizatoru un apstākļu klātbūtnē tas ļauj samazināt karbonskābes, esterus, amīdus, nitrilus, imīnus, epoksīdus un pat divkāršās un trīskāršās saites.

Ražojot H

NaBH ₄ var pārveidot par kurināmā elementu.

NaBH ₄ klātbūtnē sārmainu KOH vai NaOH hidrolizējas un rada ūdeņraža H ₂ , ko var izmantot kā kurināmo polimēra elektrolīta degvielas šūnā.

Tas ir arī izpētīts kā H ₂ atgriezenisks uzglabāšanas materiāls .

NaBH ₄ nanodaļiņas tiek sintezētas un stabilizētas ar virsmaktīvo vielu. Pēc ārstēšanas ar NiCl ₂ , aizsargājošu slāni vai pārklājums tiek veidots kas regulē atbrīvošanu H ₂ pilnīgi atgriezenisku veidā.

Šis jaunais nanometriskais materiāls ļautu H _{2 izmantot} kā tīru degvielu, kas ražota atjaunojamā veidā.

Ar ūdeņraža kurināmo darbināms transportlīdzeklis. Dr. Artūrs Brauns (Arturbraun). Avots: Wikimedia Commons.

Celulozes un papīra rūpniecībā

Nātrija borohidrīdu izmanto celulozes un papīra spīduma un citu fizikālo īpašību uzlabošanai.

Papīra celulozes matricas sadalīšanās notiek sarežģītos procesos, kas saistīti ar oksidāciju. Hidroksilgrupas tiek oksidētas par karbonilgrupa un karboksilgrupa, tas noved pie papīra krāsas maiņas un tā fizisko īpašību samazināšanās.

Apstrādājot Celulozes vai papīra ar NaBH ₄ , tā samazina aldehīdu un ketonu ar -OH grupu, neiespaidojot tā karbonskābju grupas, lai uzlabotu stabilitāti un spīdumu pie augstāka nekā sākotnējām vērtībām.

NaBH ₄ uzlabo papīra spīdumu. Autors: Rawpixel. Avots: Pixabay.

Dažādiem lietojumiem

Nātrija borohidrīds tiek izmantots notekūdeņu attīrīšanai, kā garšas uzlabošanas līdzeklis pārtikas un dzērienu rūpniecībā, kā pārklāšanas līdzeklis un virsmas apstrādei, tabakas ražošanā, farmācijas, tekstilrūpniecībā un rūpniecībā. Āda.

Atsauces

1. Christian, ML un Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Core-Shell stratēģija, kas veicina NaBH ₄ augstas atgriezeniskas ūdeņraža uzglabāšanas iespējas . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Atgūts no pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV un Alves V., TR (2006). Jaunākās metodikas, ko izmanto nātrija borohidrīds dažādu savienojumu klašu reducēšanā. App. Organometal. Chem., 2006; 20: 798-810. Atgūts no onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Samazināšana. Nātrija borohidrīds. Visaptverošā organiskā sintēzē. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Tangs, LC (1986), papīra stabilizēšana, apstrādājot ar nātrija borohidrīdu. Vēsturiskos tekstilizstrādājumos un papīra materiālos. 24. nodaļa. 427.-441.lpp. Jaunumi ķīmijā, 212. sējums. Atgūts no pubs.acs.org.
5. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
6. Morisons, Roberts Torntons; un Boids, Roberts Neilsons. 1992. Organiskā ķīmija. Prentice zāle. ISBN 81-203-0765-8.
7. ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Nātrija borohidrīds. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.