Бороводні

Пентаборан

Борово́дні, бора́ни — неорганічні сполуки бору та водню.

Загальний опис

Молекулярні гідриди бору (В_nН_n+4, В_nН_n+6). Приміром, пентаборан В₅Н₉. Електронодефіцитні сполуки (B₂H₆, B₄H₁₀), в яких кожен атом В має координаційне число 4, а Н — 2. Їх молекулам властиві двоелектронні трицентрові зв’язки. Розкладаються водою до борної кислоти та водню, легко оксидуються, нижчі з них самозагораються на повітрі. З лугами дають гіпоборати (пр., К₂[B₂H₆)₂], і зокрема диборан з гідридами металів або їх алкільними похідними — борогідриди металів (пр., LiBH₄, Al(BH₄)₃). Токсичні.

Бороводні є сильними відновниками: їх похідні застосовують як ракетне паливо та як ефективні відновники в органічному синтезі. Більшість сполук ряду є легкозаймистими та вибухонебезпечними сполуками, токсинами нервово-паралітичної дії. За деякими властивостями борани подібні до вуглеводнів та кремневоднів.

Фізичні властивості

Сполуки ряду боранів, подібно до вуглеводнів, знаходяться у всіх трьох агрегатних станах: перші представники диборан В₂Н₆ та тетраборан В₄Н₁₀ є газами, сполуки від пентаборану В₅Н₉ до нонаборану В₉Н₁₅ — рідини, а сполуки вищі від декаборану є твердими речовинами.

Формула	tпл, °С	tкип. °С	Густина. г/см³	Теплота утворення, ккал/моль	Термічна стабільність	Реакція з повітрям	Реакція з Н2О
В2Н6	−165,5 °C	−92,5 °C	0,577 (тв., −183 °C) 0,447 (р., −112 °C)	+9,8 (газ)	Стаб. за t. 25 °C	Самозаймання	Миттєво гідролізується
В4Н10	−120,0 °C	18 °C	0,56 (р., −36 °C)	+7,53 (газ)	Розкл. за t. 25 °C	Самозаймання в присутності води	Гідролізується 24 год
В5Н9	−46,81 °C	62 °C	0,61 (р., 0 °C)	+10,240 (рідина) +17,5 (газ)	Стаб. при 25 °C	Самозаймання	Гідролізується при нагріванні
В5Н11	−123 °C	63 °C		+22,2 (газ)	Повільно розкл. за t. 150 °C	Самозаймання	Гідролізується швидко
В6Н10	−62,3 °C	110 °C	0,69 (р., 0 °C)	+19,6 (газ)	Розкл. за t. 25 °C	Стабільний	Гідролізується при нагріванні
В6Н12	−90 °C				Розкл. за t. 25 °C	Стабільний	Гідролізується при нагріванні
В9Н15	2,6 °C	°С			Розкл. за t. 25 °C	Стабільний	Гідролізується при нагріванні
В10Н14	98,78 °C	219 °C	0,94 (тв., 25 °C) 0,78 (р., 100 °C)	−6,9 (тв.) −1,7 (рідина) +11,3 (газ)	Стаб. за t. 150 °C	Дуже стабільний	Повільно гідролізується

Отримання

У 1912 році Альфред Шток при розчиненні в кислоті продукту взаємодії металевого магнію та оксид бору отримав газову суміш із характерним запахом. Йому вдалося виділити з суміші сполуки, яким він дав назву борани. Цей спосіб добування бороводнів не втратив свого значення і донині.

$\mathrm{6}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{+}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{M}{\mathrm{g}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{O}$

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}{\mathrm{B}}_{\mathrm{x}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{y}}\mathrm{+}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$

Іншим важливим промисловим способом отримання бороводнів є спосіб запропонований Шлезінгером і Бургом. Він полягає в реакції трихлористого бору із воднем в дузі Вольта високої напруги. Отриманий в ній гідрохлороборан піддають диспропорціонуванню при охолоджуванні до кімнатної температури, і розділенню диборану і хлориду бору. Вихід диборану наближається до 55%.

$\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{B}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$\mathrm{3}\mathrm{B}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}$

Надалі Шлезінгер і Браун запропонували новий спосіб ефективного отримання бороводнів шляхом реакції обміну між борогідридом натрію і флуоридом бору (у промислових масштабах використовують органічні похідні флуориду бору):

$\mathrm{(}{\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{B}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{(}{\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Вищі борани отримують переважно піролізом нижчих представників:

$\mathrm{5}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}\stackrel{pyrolysis}{\to }{\mathrm{B}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{8}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{2}{\mathrm{B}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{9}}\stackrel{pyrolysis}{\to }{\mathrm{B}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

Хімічні властивості

Нижчі борани є нестійкими, легкоспалахуючими речовинами. На повітрі вони окиснюються до оксиду бору:

$\mathrm{2}{\mathrm{B}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{9}}\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{5}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{9}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Усі бороводні до декаборану нестійкі у водних розчинах, при контакті з водою утворюють боратну кислоту:

${\mathrm{B}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{B}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Борани легко взаємодіють з галогенами та галогеноводнями, утворюючи галогенопохідні:

${\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

${\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

Подібно до вуглеводнів похідні боранів беруть участь в реакціях збільшення ланцюга:

$\mathrm{6}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}\mathrm{I}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{⟶}\mathrm{5}{\mathrm{B}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{I}$

Сполуки ряду бороводнів проявляють сильні кислотні властивості, вони можуть утворювати комплекси з осно́вними та металоорганічними сполуками:

${\mathrm{B}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{[}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{B}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{+}}\mathrm{[}{\mathrm{B}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{8}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

${\mathrm{B}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{C}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{9}}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{⟶}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{[}{\mathrm{B}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{3}}\mathrm{]}\mathrm{+}{\mathrm{C}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}$

Застосування

Широке використання бороводні знайшли як ракетне паливо. Найбільший інтерес представляють диборан та пентаборан.

Токсичність і вогненебезпечність

Бороводні — отруйні речовини, що окрім загальнотоксичної складової мають також сильно виражену нервовопаралітічну дію на людину і тварин. Також борани є сполуками з найвищою категорією вогненебезпечності і здатні до самозаймання не тільки на повітрі, але і при контактах з водою і рядом галогенопохідних вуглеводнів. При горінні їх на повітрі розвиваються високі температури.

Див. також

• Боранілідени
• Борогідриди

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:УРЕ
• Шаблон:Глосарій термінів з хімії