NATRIUMBORHYDRID (NABH4): STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den natriumborhydrid er et uorganisk fast stof med den kemiske formel NaBH ₄. Det kan betragtes som repræsentativt for alkaliborhydriderne og er den mest almindelige af disse. Det er et hvidt krystallinsk fast stof.

Ved kontakt med vand, NaBH ₄ kan generere varme og hydrogen H ₂, som er brændbart, så det skal håndteres med forsigtighed. På grund af den lethed, hvormed det kan frembringe H ^- hydridioner, er natriumborhydrid en moderat reducerende forbindelse og bruges derfor vidt i kemiske reaktioner til dette formål.

Natriumborhydrid, NaBH ₄, fast stof. Ondřej Mangl. Kilde: Wikimedia Commons.

Dens reducerende egenskab bruges også i papirindustrien, da det forbedrer lysstyrke og stabilitetskarakteristika for papirmasse og papir ved at virke mod oxidation af cellulose, den vigtigste komponent i papir.

Da det let kan danne brint i nærværelse af vand, er muligheden for at bruge det som en reversibel kilde til brint i brændselsceller også undersøgt.

Det har andre anvendelser alt sammen baseret på dets reducerende ejendom, såsom i farmaceutisk industri.

Struktur

Natriumborhydrid er en ionforbindelse. Det dannes af borhydridanionen ^- knyttet til natriumkationen Na ⁺.

Anionen ^- er tetrahedral.

Struktur af natriumborhydrid. Kemikungen. Kilde: Wikimedia Commons.

Dets Lewis-struktur er som følger:

Lewis elektroniske struktur af NaBH ₄. Forfatter: Marilú Stea.

nomenklatur

-Sodiumborhydrid

-Sodiumtetrahydroborat

-Sodiumtetrahydruroborat

Fysiske egenskaber

Fysisk tilstand

Krystallinsk hvidt fast stof.

Molekylær vægt

37,84 g / mol

Selvantændelsestemperatur

∼ 220 ºC

Nedbrydningstemperatur

> 250 ºC

Massefylde

1.074 g / cm ³ ved 20 ºC

Opløselighed

NaBH ₄ er ganske opløseligt i vand (55 g / 100 ml ved 25ºC), hvor det er delvist hydrolyseret. Det er opløseligt i tetrahydrofuran (THF) og er uopløseligt i diethylether.

Kemiske egenskaber

Natriumborhydrid opløses i vand, hvor det gennemgår initial nedbrydning eller hydrolyse, der gør opløsningen basisk og forhindrer yderligere hydrolyse.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Dette forklares fordi ^- samvirker med H ⁺ af vandet, hvor H ⁺ tager et hydrid anion H ^- til dannelse af H ₂. Det kan siges, at BH ₃ konkurrerer med H ⁺ om hydridionen H ^-.

I et surt medium er hydrolyse fuldstændig på grund af forekomsten af ​​H ⁺ -ioner.

NaBH ₄ er stabil i tør luft. Det er ikke flygtigt.

På grund af dets indhold af hydridioner er natriumborhydrid en reducerende forbindelse. Det muliggør reduktion af carbonylgruppen C = O til C-OH, det vil sige carbonylforbindelser til alkoholer.

NaBH ₄ i sig selv reducerer ikke C = C-dobbeltbindinger, ikke selv dem konjugeret med carbonylgrupper -C = CC (= O) -.

Men ved kontakt med protonsyrer (såsom HCI) eller Lewis-syrer (såsom BCI, ₃ eller AICI ₃), diboran B ₂ H _{6 er dannet}. Og hvis denne reaktion udføres i nærværelse af organiske forbindelser med C = C-dobbeltbindinger, den diboran B ₂ H ₆ udfører den hydroboreringsreaktioner af disse.

I nærværelse af passende katalysatorer og specifikke betingelser kan natriumborhydrid reducere forskellige typer af funktionelle grupper.

Risici

Varmen fra hydrolysereaktionen i vand er tilstrækkelig til at antænde det brint, der dannes i det. Så det er vigtigt at være forsigtig, når du håndterer det.

NaBH ₄ antændes let og brænder let.

Indhentning

Den typiske fremstillingsreaktionen NaBH ₄ er med natriumhydrid NaH og B (OCH ₃) ₃ ved en temperatur på ca. 250 ° C:

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

Applikationer

I reduktion kemiske reaktioner

Som en kilde til H ^- ioner, NaBH ₄ er en reducerende forbindelse og anvendes til fremstilling af andre kemiske forbindelser. Til dette bruges det i aprotiske polære opløsningsmidler, dvs. uden H ⁺ -protoner, såsom dimethylsulfoxid, hexamethylphosphoramid og dimethylformamid.

Det bruges som et reduktionsmiddel i både organiske og uorganiske kemiske reaktioner.

Det giver mulighed for at reducere aldehyder til primære alkoholer og ketoner til sekundære alkoholer.

Det reducerer også alkylhalogenider til carbonhydrider, såsom iododecan til decan, bromoundecanoic acid til undecanoic acid, og chlorododecane til dodecane.

Hvis den virker alene, påvirker reduktionen ikke andre funktionelle grupper, såsom ester, carboxylsyre, nitril og sulfon.

Dens ejendom af ikke reducerende C = C-dobbeltbindinger, end ikke konjugeret med carbonylgrupper -C = CC (= O) -, gør det muligt at fremstille umættede alkoholer -C = C-CH ₂ -OH.

For at reducere nitrerede aromatiske forbindelser til deres tilsvarende aniliner kræver tilstedeværelsen af ​​katalysatorer, såsom cobalt eller tinchlorid. Reducerer disulfider til thioler.

I nærværelse af egnede katalysatorer og betingelser tillader det at reducere carboxylsyrer, estere, amider, nitriler, iminer, epoxider og endda dobbelt- og tredobbeltbindinger.

I produktionen af ​​H

NaBH ₄ kan konverteres til en brændselscelle.

NaBH ₄ i nærvær af en alkalisk KOH eller NaOH opløsning hydrolyseres og producerer hydrogen H ₂, der kan anvendes som brændsel i en polymer elektrolyt brændselscelle.

Det er også blevet undersøgt som en reversibel lagring materiale til H ₂.

NaBH ₄ nanopartikler syntetiseres og stabiliseret med et overfladeaktivt middel. Efter behandling med NiCb ₂, er et beskyttende lag eller belægning dannet som regulerer frigivelsen af H ₂ i en helt reversible måde.

Denne nye nanometrisk materiale ville tillade brugen af H ₂ som et rent brændstof produceres på en vedvarende måde.

Hydrogen brændselscelle drevet køretøj. Dr. Artur Braun (Arturbraun). Kilde: Wikimedia Commons.

I papirmasse- og papirindustrien

Natriumborhydrid bruges til at forbedre glansen og andre fysiske egenskaber ved papirmasse og papir.

Nedbrydningen af ​​papirets cellulosematrix sker gennem komplekse processer, der involverer oxidation. Hydroxylgrupper oxideres til carbonyl og carboxyl, dette fører til misfarvning af papiret og et fald i dets fysiske egenskaber.

Ved behandling af papirmasse eller papir med NaBH ₄, det reducerer aldehyder og ketoner til -OH-grupper uden at påvirke carboxylsyregrupperne, forbedre stabilitet og glans ved højere end startværdier.

NaBH ₄ forbedrer papirets glans. Forfatter: Rawpixel. Kilde: Pixabay.

I forskellige anvendelser

Natriumborhydrid bruges til at behandle spildevand, som et smagsforbedrende middel i fødevare- og drikkevareindustrien, som et overtræksmiddel og til overfladebehandling, i tobaksproduktion, i den farmaceutiske, tekstil- og industriindustri. Læder.

Referencer

1. Christian, ML og Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Core-Shell-strategi, der fører til høj reversibel brintoplagringskapacitet for NaBH ₄. ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Gendannes fra pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV og Alves V., TR (2006). Nylige metoder medieret af natriumborhydrid i reduktionen af ​​forskellige klasser af forbindelser. App. Organometal. Chem. 2006; 20: 798-810. Gendannes fra onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Reduktion. Natriumborhydrid. I omfattende organisk syntese. Gendannes fra sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) Stabilisering af papir gennem natriumborhydridbehandling. I historiske tekstil- og papirmaterialer. Kapitel 24. Sider 427-441. Fremskridt inden for kemi, bind 212. Gendannes fra pubs.acs.org.
5. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
6. Morrison, Robert Thornton; og Boyd, Robert Neilson. 1992. Organisk kemi. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. US National Library of Medicine. (2019). Natriumborhydrid. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.