BOROHIDRURĂ DE SODIU (NABH4): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Borohidrura de sodiu este un solid anorganic cu formula chimică NaBH ₄ . Poate fi considerat reprezentativ pentru borohidride alcaline și este cel mai frecvent dintre acestea. Este un solid cristalin alb.

Când este în contact cu apa, NaBH ₄ poate genera căldură și hidrogen H ₂ care este combustibil, deci trebuie manipulat cu precauție. Pentru ușurința cu care poate genera ioni de hidrură H ^- , borohidrida de sodiu este un compus care reduce moderat, deci este utilizat pe scară largă în reacțiile chimice în acest scop.

Borohidrură de sodiu, NaBH ₄ , solid. Ondřej Mangl. Sursa: Wikimedia Commons.

Proprietatea sa de reducere este folosită și în industria hârtiei, deoarece îmbunătățește caracteristicile de luminozitate și stabilitate a pulpei și hârtiei, acționând împotriva oxidării celulozei, principalul component al hârtiei.

Deoarece poate forma cu ușurință hidrogen în prezența apei, a fost investigată și posibilitatea utilizării sale ca sursă reversibilă de hidrogen în celulele de combustibil.

Are alte utilizări toate bazate pe proprietățile sale reducătoare, cum ar fi în industria farmaceutică.

Structura

Borohidrida de sodiu este un compus ionic. Este format din anionul de borohidrură ^- atașat de cationul de sodiu Na ⁺ .

Anionul ^- este tetraedric.

Structura borohidrurii de sodiu. Kemikungen. Sursa: Wikimedia Commons.

Structura sa Lewis este următoarea:

Structura electronică Lewis a NaBH ₄ . Autor: Marilú Stea.

Nomenclatură

-Borohidrură de sodiu

-Tetrahidroborat de sodiu

-Tetrahidruroborat de sodiu

Proprietăți fizice

Stare fizică

Solid alb alb cristalin.

Greutate moleculară

37,84 g / mol

temperatură de autoaprindere

∼ 220 ºC

Temperatura de descompunere

> 250 ºC

Densitate

1,074 g / cm ³ la 20 ° C

Solubilitate

NaBH ₄ este destul de solubil în apă (55 g / 100 ml la 25ºC), unde este parțial hidrolizat. Este solubil în tetrahidrofuran (THF) și este insolubil în dietil eter.

Proprietăți chimice

Borohidrida de sodiu se dizolvă în apă, unde suferă o descompunere inițială sau o hidroliză care face soluția de bază, împiedicând hidroliza suplimentară.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Acest lucru se explică deoarece ^- interacționează cu H ⁺ din apă, unde H ⁺ ia un anion H hidrură ^- pentru a forma H ₂ . Se poate spune că BH ₃ concurează cu H ⁺ pentru ionul de hidru H ^- .

Într-un mediu acid, hidroliza este completă datorită abundenței de ioni H ⁺ .

NaBH ₄ este stabil în aer uscat. Nu este volatil.

Datorită conținutului de ioni de hidrură, borohidrura de sodiu este un compus reducător. Permite reducerea grupării carbonil C = O la C-OH, adică compuși carbonilici la alcooli.

NaBH ₄ nu reduce de la sine legăturile duble C = C, nici măcar cele conjugate cu grupări carbonil - C = CC (= O) -.

Cu toate acestea, la contactul cu acizii protonici (cum ar fi HCl) sau acizii Lewis (cum ar fi BCl ₃ sau AlCl ₃ ), _{se formează} diboranul B ₂ H ₆ . Și dacă această reacție este realizată în prezența compușilor organici cu legături duble C = C, diborana B ₂ H ₆ realizează hidroborarea acestora.

În prezența catalizatorilor adecvați și a condițiilor specifice, borohidrura de sodiu poate reduce diferite tipuri de grupe funcționale.

riscuri

Căldura reacției de hidroliză în apă este suficientă pentru a aprinde hidrogenul care se formează în ea. Prin urmare, este important să aveți prudență atunci când îl manipulați.

NaBH ₄ este ușor aprins și arde ușor.

Obținerea

Reacția tipică de preparare a NaBH ₄ este cu hidrura de sodiu NaH și B (OCH ₃ ) ₃ la o temperatură de aproximativ 250 ºC:

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

Aplicații

În reacții chimice de reducere

Ca sursă de H ^- ioni , NaBH ₄ este un compus reducător și este utilizat pentru a prepara alți compuși chimici. Pentru aceasta, se folosește în solvenții polari aprotici, adică fără protoni H ⁺ , cum ar fi dimetil sulfoxidul, hexametilfosforamida și dimetilformamida.

Este utilizat ca agent reducător atât în ​​reacțiile chimice organice, cât și în cele organice.

Permite reducerea aldehidelor la alcooli primari și cetone la alcooli secundari.

De asemenea, reduce halogenurile de alchil la hidrocarburi precum iododecanul la decan, acidul bromoundecanoic la acidul nedecanoic și clorodecanul la dodecan.

Dacă acționează singur, reducerea nu afectează alte grupări funcționale, cum ar fi esterul, acidul carboxilic, nitrilul și sulfona.

Proprietatea sa de a nu reducerea C = C legături duble, nici chiar cei conjugat cu grupări carbonil -C = CC (= O) -, face posibilă prepararea alcoolilor nesaturați -C = C-CH ₂ -OH.

Pentru a reduce compușii aromatici nitrați la anilinele corespunzătoare necesită prezența catalizatorilor cum ar fi cobaltul sau clorura de staniu. Reduce disulfurile la tioli.

În prezența catalizatorilor și condițiilor adecvate, aceasta permite reducerea acizilor carboxilici, esterilor, amidelor, nitrililor, iminelor, epoxidilor și chiar duble și triple legături.

În producția de H

NaBH ₄ poate fi transformat într-o celulă de combustibil.

NaBH ₄ , în prezența unei soluții alcaline de KOH sau NaOH hidrolizează și produce hidrogen H ₂ , care poate fi folosit drept combustibil într - o celulă de combustibil polimer electrolit.

Acesta a fost de asemenea investigat ca un reversibil material de stocare pentru H ₂ .

Nanoparticulele NaBH ₄ sunt sintetizate și stabilizate cu un agent tensioactiv. După tratamentul cu NiCh ₂ , un strat sau strat protector este format care reglează eliberarea H ₂ într - un mod complet reversibil.

Acest nou material nanometric ar permite utilizarea H ₂ ca combustibil curat produs într-un mod regenerabil.

Vehicul alimentat cu pilă de hidrogen. Dr. Artur Braun (Arturbraun). Sursa: Wikimedia Commons.

În industria celulozei și a hârtiei

Borohidrida de sodiu este utilizată pentru a îmbunătăți luciul și alte proprietăți fizice ale pulpei și hârtiei.

Degradarea matricei celulozice a hârtiei are loc prin procese complexe care implică oxidare. Grupările hidroxil sunt oxidate la carbonil și carboxil, ceea ce duce la decolorarea hârtiei și la scăderea proprietăților fizice.

Tratând pulpa sau hârtia cu NaBH ₄ , reduce aldehidele și cetonele la grupele -OH fără a afecta grupările de acid carboxilic, îmbunătățind stabilitatea și luciul la valori mai mari decât inițial.

NaBH ₄ îmbunătățește luciul hârtiei. Autor: Rawpixel. Sursa: Pixabay.

În diverse utilizări

Borohidrida de sodiu este utilizată pentru tratarea apelor uzate, ca agent de îmbunătățire a aromei în industria alimentară și a băuturilor, ca agent de acoperire și pentru tratarea suprafeței, în producția de tutun, în industria farmaceutică, textilă și industrială. Piele.

Referințe

1. Christian, ML și Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Strategia Core-Shell care conduce la o capacitate mare de stocare a hidrogenului reversibil pentru NaBH ₄ . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Recuperat din pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV și Alves V., TR (2006). Metodologii recente mediate de borohidrură de sodiu în reducerea diferitelor clase de compuși. App. Organometal. Chem. 2006; 20: 798-810. Recuperat de pe onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Reducere. Borohidrură de sodiu. În sinteza organică cuprinzătoare. Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) Stabilizarea hârtiei prin tratamentul cu hidroxid de sodiu. În materiale istorice pentru textile și hârtie. Capitolul 24. Pagini 427-441. Avansuri în chimie, volumul 212. Recuperat de la pubs.acs.org.
5. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
6. Morrison, Robert Thornton; și Boyd, Robert Neilson. 1992. Chimie organică. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Borohidrură de sodiu. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.