NATRIUMBORHYDRID (NABH4): STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2025

Den natriumborhydrid är en oorganisk fast substans med den kemiska formeln NaBH ₄ . Den kan betraktas som representativ för alkaliborhydriderna och är den vanligaste av dessa. Det är ett vitt kristallint fast ämne.

När den är i kontakt med vatten, NaBH ₄ kan generera värme och väte H ₂ som är brännbart, så det måste hanteras med försiktighet. För att göra det lätt att generera hydridjoner H ^- är natriumborhydrid en måttligt reducerande förening, så den används ofta i kemiska reaktioner för detta ändamål.

Natriumborhydrid, NaBH ₄ , fast ämne. Ondřej Mangl. Källa: Wikimedia Commons.

Dess reducerande egendom används också i pappersindustrin, eftersom det förbättrar ljusstyrka och stabilitetsegenskaper hos massa och papper genom att verka mot oxidation av cellulosa, huvudkomponenten i papper.

Eftersom det lätt kan bilda väte i närvaro av vatten har möjligheten att använda det som en vändbar vätekälla i bränsleceller också undersökts.

Det har andra användningar allt baserat på dess reducerande egendom, till exempel inom läkemedelsindustrin.

Strukturera

Natriumborhydrid är en jonisk förening. Den bildas av borhydridanjonen ^- fäst vid natriumkatjonen Na ⁺ .

Anjonen ^- är tetraedrisk.

Struktur av natriumborhydrid. Kemikungen. Källa: Wikimedia Commons.

Lewis struktur är enligt följande:

Lewis elektroniska struktur av NaBH ₄ . Författare: Marilú Stea.

Nomenklatur

-Sodiumborhydrid

-Sodiumtetrahydroborat

-Sodiumtetrahydruroborat

Fysikaliska egenskaper

Fysiskt tillstånd

Kristallint vitt fast ämne.

Molekylvikt

37,84 g / mol

Autoignitionstemperatur

∼ 220 ºC

Nedbrytningstemperatur

> 250 ºC

Densitet

1.074 g / cm ^{^} vid 20 ºC

löslighet

NaBH ₄ är ganska löslig i vatten (55 g / 100 ml vid 25 ° C), där den partiellt hydrolyserade. Det är lösligt i tetrahydrofuran (THF) och är olösligt i dietyleter.

Kemiska egenskaper

Natriumborhydrid upplöses i vatten, där den genomgår initial nedbrytning eller hydrolys som gör lösningen basisk, vilket förhindrar ytterligare hydrolys.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Detta förklaras på grund av att ^- samverkar med H ⁺ av vattnet, där H ⁺ tar en hydrid anjon H ^- för att bilda H ₂ . Det kan sägas att BH ₃ tävlar med H ⁺ om hydridjonen H ^- .

I ett surt medium är hydrolysen fullständig på grund av överflödet av H ⁺ -joner .

NaBH ₄ är stabil i torr luft. Det är inte flyktigt.

På grund av dess innehåll av hydridjoner är natriumborhydrid en reducerande förening. Det gör det möjligt att reducera karbonylgruppen C = O till C-OH, det vill säga karbonylföreningar till alkoholer.

NaBH ₄ i sig själv minskar inte C = C-dubbelbindningar, inte ens de konjugerade med karbonylgrupper -C = CC (= O) -.

Emellertid, vid kontakt med protonsyror (såsom HCl) eller Lewis-syror (såsom BCl ₃ eller AlCl ₃ ), diboran B ₂ H _{6 bildas} . Och om denna reaktion genomföres i närvaro av organiska föreningar med C = C-dubbelbindningar, den diboran B ₂ H ₆ utför hydrobore av dessa.

I närvaro av lämpliga katalysatorer och specifika betingelser kan natriumborhydrid reducera olika typer av funktionella grupper.

risker

Värmen i hydrolysreaktionen i vatten är tillräcklig för att antända vätet som bildas i den. Så det är viktigt att vara försiktig när du hanterar den.

NaBH ₄ antänds lätt och bränner lätt.

Erhållande

Den typiska framställningsreaktionen NaBH ₄ är med natriumhydrid NaH och B (OCH ₃ ) ₃ vid en temperatur av ca 250 ° C:

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

tillämpningar

I minskning kemiska reaktioner

Som en källa för H ^- joner , NaBH ₄ är en reducerande förening och används för att framställa andra kemiska föreningar. För detta används det i aprotiska polära lösningsmedel, det vill säga utan H ⁺ -protoner , såsom dimetylsulfoxid, hexametylfosforamid och dimetylformamid.

Det används som reduktionsmedel vid både organiska och oorganiska kemiska reaktioner.

Det gör det möjligt att reducera aldehyder till primära alkoholer och ketoner till sekundära alkoholer.

Det reducerar också alkylhalogenider till kolväten såsom jododekan till dekan, bromundekansyra till undekansyra och klordodekan till dodekan.

Om den verkar ensam påverkar inte reduktionen andra funktionella grupper såsom ester, karboxylsyra, nitril och sulfon.

Dess egenskap att inte reducera C = C-dubbelbindningar, inte ens de konjugerade med karbonylgrupper -C = CC (= O) -, gör det möjligt att framställa omättade alkoholer -C = C-CH ₂ -OH.

För att reducera nitrerade aromatiska föreningar till deras motsvarande aniliner kräver närvaron av katalysatorer såsom kobolt eller tennklorid. Minskar disulfider till tioler.

I närvaro av lämpliga katalysatorer och betingelser tillåter det att minska karboxylsyror, estrar, amider, nitriler, iminer, epoxider och till och med dubbel- och trippelbindningar.

I produktionen av H

NaBH ₄ kan omvandlas till en bränslecell.

NaBH ₄ i närvaro av en alkalisk lösning av KOH eller NaOH hydrolyserar och producerar väte H ₂ , som kan användas som bränsle i en polymer elektrolyt bränslecell.

Det har också undersökts som en reversibel lagringsmaterial för H ₂ .

NaBH ₄ nanopartiklar syntetiseras och stabiliserad med ett ytaktivt medel. Efter behandling med NiCla ₂ , är ett skyddande skikt eller beläggning bildas, som reglerar frisättningen av H ₂ på ett helt reversibelt sätt.

Denna nya nanometrisk material skulle tillåta användning av H ₂ som ett rent bränsle som produceras i en förnybar sätt.

Hydrogenbränslecellsdrivna fordon. Dr. Artur Braun (Arturbraun). Källa: Wikimedia Commons.

Inom massa- och pappersindustrin

Natriumborhydrid används för att förbättra glansen och andra fysiska egenskaper hos massa och papper.

Nedbrytningen av cellulosamatrisen i papperet sker genom komplexa processer som involverar oxidation. Hydroxylgrupper oxideras till karbonyl och karboxyl, vilket leder till missfärgning av papperet och en minskning av dess fysikaliska egenskaper.

Genom behandling av massan eller papperet med NaBH ₄ , det minskar aldehyder och ketoner till -OH-grupper utan att påverka de karboxylsyragrupper, förbättra stabilitet och glans vid högre än initialvärden.

NaBH ₄ förbättrar pappersglans. Författare: Rawpixel. Källa: Pixabay.

I olika användningsområden

Natriumborhydrid används för att behandla avloppsvatten, som ett smakförstärkande medel inom livsmedels- och dryckesindustrin, som ett beläggningsmedel och för ytbehandling, i tobaksproduktion, inom läkemedels-, textil- och industriindustrin. Läder.

referenser

1. Christian, ML och Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Core-Shell-strategi som leder till hög vändbar vätgaslagringskapacitet för NaBH ₄ . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Återställs från pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV och Alves V., TR (2006). Nya metoder medierade av natriumborhydrid vid reduktion av olika klasser av föreningar. App. Organometal. Chem. 2006; 20: 798-810. Återställs från onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Minskning. Natriumborhydrid. I omfattande organisk syntes. Återställs från sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) Stabilisering av papper genom natriumborhydridbehandling. I historiska textil- och pappersmaterial. Kapitel 24. Sidorna 427-441. Framsteg inom kemi, volym 212. Återhämtat från pubs.acs.org.
5. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
6. Morrison, Robert Thornton; och Boyd, Robert Neilson. 1992. Organisk kemi. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. US National Library of Medicine. (2019). Natriumborhydrid. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.