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.

$\mathrm {6Mg+B_{2}O_{3}\longrightarrow Mg_{3}B_{2}+3MgO\!}$

$\mathrm {Mg_{3}B_{2}+HCl\longrightarrow B_{x}H_{y}+MgCl_{2}\!}$

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%.

$\mathrm {BCl_{3}+2H_{2}\longrightarrow BH_{2}Cl+2HCl\!}$

$\mathrm {3BH_{2}Cl\longrightarrow B_{2}H_{6}+BCl_{3}\!}$

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):

$\mathrm {(C_{2}H_{5})_{2}BF_{3}+3NaBH_{4}\longrightarrow 2B_{2}H_{6}+3NaBF_{4}+4(C_{2}H_{5})_{2}O\!}$

Вищі борани отримують переважно піролізом нижчих представників:

$\mathrm {5B_{2}H_{6}{\xrightarrow {pyrolysis}}\ B_{10}H_{14}+8H_{2}\!}$

$\mathrm {2B_{5}H_{9}{\xrightarrow {pyrolysis}}\ B_{10}H_{14}+2H_{2}\!}$

Хімічні властивості

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

$\mathrm {2B_{5}H_{9}+12O_{2}\longrightarrow 5B_{2}O_{3}+9H_{2}O\!}$

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

$\mathrm {B_{4}H_{10}+12H_{2}O\longrightarrow 4H_{3}BO_{3}\!}$

Борани легко взаємодіють з галогенами та галогеноводнями, утворюючи галогенопохідні:

$\mathrm {B_{2}H_{6}+6Cl_{2}\longrightarrow 2BCl_{3}+6HCl\!}$

$\mathrm {B_{2}H_{6}+HCl\longrightarrow B_{2}H_{5}Cl+H_{2}\!}$

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

$\mathrm {6B_{2}H_{5}I+2Na\longrightarrow 5B_{4}H_{10}+2NaI\!}$

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

$\mathrm {B_{4}H_{10}+2NH_{3}\longrightarrow [H_{2}B(NH_{3})_{2}]^{+}[B_{3}H_{8}]^{-}+H_{2}\!}$

$\mathrm {B_{10}H_{14}+C_{4}H_{9}Li\longrightarrow Li[B_{10}H_{13}]+C_{4}H_{10}\!}$

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

• CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — ISBN 0-8493-0486-5. (англ.)
• Реми Г. Курс неорганической химии / А. В. Новоселова. — М. : ИИЛ, 1963. — Т. 1. — 922 с. (рос.)
• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.