BOROWODOREK SODU (NABH4): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Borowodorek sodu jest nieorganiczna substancja stała o wzorze chemicznym NaBH ₄ . Można go uznać za reprezentatywny dla borowodorków alkalicznych i jest z nich najpowszechniejszy. Jest to biała krystaliczna substancja stała.

W kontakcie z wodą NaBH ₄ może wytwarzać ciepło i wodór H _2, który jest palny, dlatego należy obchodzić się z nim ostrożnie. Ze względu na łatwość, z jaką może generować H ^- jonów wodorkowych , borowodorek sodu związek średnio zmniejszenie, dlatego jest szeroko stosowany w reakcjach chemicznych, w tym celu.

Borowodorek sodu, NaBH ₄ , stały. Ondřej Mangl. Źródło: Wikimedia Commons.

Jego właściwości redukujące są również wykorzystywane w przemyśle papierniczym, ponieważ poprawia jasność i stabilność masy celulozowej i papieru, działając przeciw utlenianiu celulozy, głównego składnika papieru.

Ponieważ może on łatwo tworzyć wodór w obecności wody, zbadano również możliwość wykorzystania go jako odwracalnego źródła wodoru w ogniwach paliwowych.

Ma inne zastosowania, wszystkie oparte na jego właściwościach redukujących, na przykład w przemyśle farmaceutycznym.

Struktura

Borowodorek sodu jest związkiem jonowym. Tworzy go anion borowodorkowy ^- przyłączony do kationu sodu Na ⁺ .

Anion ^- jest czworościenny.

Struktura borowodorku sodu. Kemikungen. Źródło: Wikimedia Commons.

Jego struktura Lewisa jest następująca:

Struktura elektronowa Lewisa NaBH ₄ . Autor: Marilú Stea.

Nomenklatura

-Borowodorek sodowy

-Tetrahydroboran sodu

-Tetrahydruroboran sodu

Właściwości fizyczne

Stan fizyczny

Krystaliczne białe ciało stałe.

Waga molekularna

37,84 g / mol

Temperatura samozapłonu

∼ 220 ºC

temperatura rozkładu

> 250 ºC

Gęstość

1,074 g / cm ³ w 20 ° C

Rozpuszczalność

NaBH ₄ jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (55 g / 100 ml w 25ºC), gdzie jest częściowo hydrolizowany. Jest rozpuszczalny w tetrahydrofuranie (THF) i jest nierozpuszczalny w eterze dietylowym.

Właściwości chemiczne

Borowodorek sodu rozpuszcza się w wodzie, gdzie ulega początkowemu rozkładowi lub hydrolizie, która powoduje zasadowość roztworu, uniemożliwiając dalszą hydrolizę.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Jest to wyjaśnione, ponieważ ^- oddziałuje z H ⁺ wody, gdzie H ⁺ przyjmuje anion wodorkowy H ^- tworząc H ₂ . Można powiedzieć, że BH ₃ konkuruje z H ⁺ o jon wodorkowy H ^- .

W środowisku kwaśnym hydroliza jest zakończona z powodu dużej ilości jonów H ⁺ .

NaBH ₄ jest stabilny w suchym powietrzu. Nie jest niestabilny.

Ze względu na zawartość jonów wodorkowych borowodorek sodu jest związkiem redukującym. Umożliwia redukcję grupy karbonylowej C = O do C-OH, czyli związków karbonylowych do alkoholi.

Sam NaBH ₄ nie redukuje wiązań podwójnych C = C, nawet tych sprzężonych z grupami karbonylowymi –C = CC (= O) -.

Jednak w kontakcie z kwasami protonowymi (takimi jak HCl) lub kwasami Lewisa (takimi jak BCl ₃ lub AlCl ₃ ) _{tworzy się} diboran B ₂ H ₆ . A jeśli ta reakcja jest prowadzona w obecności związków organicznych z podwójnymi wiązaniami C = C, diboran B ₂ H ₆ przeprowadza ich hydroborowanie.

W obecności odpowiednich katalizatorów i określonych warunków borowodorek sodu może redukować różne typy grup funkcyjnych.

Ryzyka

Ciepło reakcji hydrolizy w wodzie jest wystarczające, aby zapalić powstający w niej wodór. Dlatego ważne jest, aby zachować ostrożność podczas obchodzenia się z nim.

NaBH ₄ łatwo się zapala i łatwo spala.

Otrzymywanie

Typowa reakcja wytwarzania NaBH ₄ zachodzi z wodorkiem sodu NaH i B (OCH ₃ ) ₃ w temperaturze około 250 ºC:

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

Aplikacje

W redukcji reakcji chemicznych

Jako źródło H ^- jonów , NaBH ₄ jest związkiem redukcji i stosuje się do wytwarzania innych związków chemicznych. W tym celu stosuje się go w aprotonowych rozpuszczalnikach polarnych, czyli bez protonów H ⁺ , takich jak dimetylosulfotlenek, heksametylofosforamid i dimetyloformamid.

Jest stosowany jako środek redukujący zarówno w organicznych, jak i nieorganicznych reakcjach chemicznych.

Pozwala na redukcję aldehydów do alkoholi pierwszorzędowych oraz ketonów do alkoholi drugorzędowych.

Redukuje również halogenki alkilowe do węglowodorów, takich jak jododekan do dekanu, kwas bromoundekanowy do kwasu undekanowego i chlorododekan do dodekanu.

Jeśli działa samodzielnie, redukcja nie wpływa na inne grupy funkcyjne, takie jak ester, kwas karboksylowy, nitryl i sulfon.

Jego właściwość polegająca na braku redukcji podwójnych wiązań C = C, nawet sprzężonych z grupami karbonylowymi –C = CC (= O) -, umożliwia otrzymywanie nienasyconych alkoholi -C = C-CH _2- OH.

Aby zredukować azotowane związki aromatyczne do odpowiadających im anilin, wymagana jest obecność katalizatorów, takich jak kobalt lub chlorek cyny. Redukuje disiarczki do tioli.

W obecności odpowiednich warunków i katalizatorów umożliwia redukcję kwasów karboksylowych, estrów, amidów, nitryli, imin, epoksydów, a nawet wiązań podwójnych i potrójnych.

W produkcji H.

NaBH ₄ można przekształcić w ogniwo paliwowe.

NaBH ₄ w obecności alkalicznego roztworu KOH lub NaOH ulega hydrolizie i wytwarza wodór H _2, który może być stosowany jako paliwo w ogniwie paliwowym z elektrolitem polimerowym.

Stwierdzono również badano jako odwracalny materiału przechowywania H ₂ .

Nanocząsteczki NaBH ₄ są syntetyzowane i stabilizowane środkiem powierzchniowo czynnym. Po obróbce NiCl ₂ tworzy się ochronna warstwa lub powłoka, która reguluje uwalnianie H ₂ w całkowicie odwracalny sposób.

Ten nowy materiał nanometryczny pozwoliłby na wykorzystanie H ₂ jako czystego paliwa produkowanego w sposób odnawialny.

Pojazd napędzany wodorowymi ogniwami paliwowymi. Dr Artur Braun (Arturbraun). Źródło: Wikimedia Commons.

W przemyśle celulozowo-papierniczym

Borowodorek sodu służy do polepszania połysku i innych właściwości fizycznych masy włóknistej i papieru.

Degradacja celulozowej matrycy papieru zachodzi poprzez złożone procesy, które obejmują utlenianie. Grupy hydroksylowe utleniają się do karbonylu i karboksylu, co prowadzi do odbarwienia papieru i pogorszenia jego właściwości fizycznych.

Poprzez obróbkę masy papierniczej lub papieru NaBH ₄ , redukuje aldehydy i ketony do grup -OH bez wpływu na grupy karboksylowe, poprawiając stabilność i połysk przy wyższych niż początkowe wartości.

NaBH ₄ poprawia połysk papieru. Autor: Rawpixel. Źródło: Pixabay.

W różnych zastosowaniach

Borowodorek sodu jest stosowany do oczyszczania ścieków, jako środek wzmacniający smak w przemyśle spożywczym i napojów, jako środek powlekający i do obróbki powierzchni, w produkcji tytoniu, w przemyśle farmaceutycznym, tekstylnym i przemysłowym. Skórzany.

Bibliografia

1. Christian, ML i Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Strategia Core-Shell prowadząca do wysokiej odwracalnej zdolności magazynowania wodoru dla NaBH ₄ . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Odzyskany z pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV i Alves V., TR (2006). Najnowsze metodologie, w których pośredniczy borowodorek sodu w redukcji różnych klas związków. Aplikacja Organometal. Chem. 2006; 20: 798-810. Odzyskany z onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Zmniejszenie. Borowodorek sodowy. W kompleksowej syntezie organicznej. Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) Stabilization of Paper through Sodium Borohydride Treatment. W historycznych materiałach włókienniczych i papierniczych. Rozdział 24. Strony 427-441. Postępy w chemii, tom 212. Źródło: pubs.acs.org.
5. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
6. Morrison, Robert Thornton; i Boyd, Robert Neilson. 1992. Chemia organiczna. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8 .Linki zewnętrzne
7. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Borowodorek sodowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.