Бороводороды
Известны бораны с числом атомов бора от 2 до 20. В свободном виде BH3 нестабилен, но известен в виде некоторых комплексных соединений[1].
Содержание
Получение бороводородов
Бороводороды являются недостаточно устойчивыми термодинамически соединениями бора и водорода и в связи с этим синтезируются обычно косвенными методами.
На сегодняшний день одним из основных способов получения бороводородов является так называемый «магниевый метод» или «Способ Стока», то есть получение борида магния и последующее разложение последнего соляной кислотой. Полученные бораны (бороводороды) подвергают вакуумной разгонке, очистке и накапливают разделённые отдельные бороводороды в соответствующих условиях для сохранения и дальнейшего использования.
Другим важным промышленным способом получения бороводородов является способ, предложенный впервые Шлезингером и Бургом. Способ заключается в реакции трёххлористого бора с водородом в вольтовой дуге высокого напряжения. Полученный в нём гидрохлороборан подвергают диспропорционированию при охлаждении до комнатной температуры, после чего разделяют диборан и трёххлористый бор. Выход диборана приближается к 55 % вес. В дальнейшем Шлезингер и Браун предложили новый способ эффективного получения бороводородов путём реакции обмена между тетрагидридоборатом натрия (Na[BH4]) и трёхфтористым бором.
Все высшие бораны получают исключительно путём термического крекинга диборана.
Свойства бороводородов
- Diborane-3D-sticks.png
- Pentaborane-3D-balls.png
- Decaborane-3D-balls.png
- Dodecaborane-3D-balls.png
| Формула | Температура плавления, °С | Температура кипения, °С | Плотность, г/см³ | Теплота обр.,298,15 К, ккал/моль | Термостабильность | Реакция с воздухом | Реакция с Н2О |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| В2Н6 | −165,5 °C | −92,5 °C | тв.0,577−183, ж.0,447−112 | +9,8(газ) | Стаб. при 25 °C | Самовоспл. | Мгновенно гидролизуется |
| В4Н10 | −120,0 °C | +18 °C | ж.0,56−36 | +7,53(газ) | Разл. при 25 °C | Самовоспл. в прис. воды | Гидролизуется 24 ч |
| В5Н12 | −46,81 °C | +62 °C | ж.0,610 | +10,240(жидк) +17,5(газ) | Стаб. при 25 °C | Самовоспл. | Гидролизуется при нагревании |
| В5Н11 | −123 °C | +63 °C | +22,2(газ) | Медл. разл. при 150 °C | Самовоспл. | Гидролизуется быстро | |
| В6Н10 | −62,3 °C | 110 °C | ж.0,69о | +19,6(газ) | Разл. при 25 °C | Стабилен | Гидролизуется при нагревании |
| В6Н12 | −90 °C | °С | Разл. при 25 °C | Стабилен | Гидролизуется при нагревании | ||
| В9Н15 | +2,6 °C | °С | Разл. при 25 °C | Стабилен | Гидролизуется при нагревании | ||
| В10Н14 | +98,78 °C | +219 °C | тв.0,9425, ж.0,78100 | −6,9(тв.) −1,7(ж.) +11,3(газ.) | Стаб. при 150 °C | Очень стабилен | Медленно гидролизуется |
Бороорганические соединения в качестве ракетного топлива
Наиболее удобен для синтеза и применения пентаборан(9) (B5H9). Остальные бороводороды интенсивно изучаются, но их применение в настоящее время ограничено. Видами топлива, производными от бора, являются пропилпентаборан (US: BEF-2) и этилпентаборан (US: BEF-3)[2]. Диборан, декаборан и их производные также исследовались на предмет перспективности использования.
Применение в топливных элементах
Возможно применение борогидридов NaBH4 и KBH4 в топливных элементах. Это дает несколько преимуществ[3]:
- Приемлемая скорость процесса;
- Возможность протекания процесса при низкой и отрицательной температуре;
- Используемые растворы борогидридов негорючи и стабильны, что достигается подщелачиванием;
- Образование нетоксичных продуктов H2O и NaBO2 (KBO2);
- Борат может быть регенерирован (переработан в борогидрид);
- Образование водорода высокой чистоты;
- Контролируемая подбором катализаторов скорость реакции.
Однако несмотря на все эти преимущества, топливные элементы на основе борогидридов пока не получили широкого распространения. Причина состоит в высокой стоимости производимой электроэнергии, которая суммируется из стоимости каталитических систем (дорогостоящие Pt-содержащие катализаторы), ионообменных мембран и самого боргидридного топлива.
Токсичность и огнеопасность
Бороводороды — чрезвычайно ядовитые вещества, имеющие помимо общетоксической составляющей также особое, но довольно сильно выраженное нервнопаралитическое воздействие на человека и животных. Диборан обладает удушающим действием, подобно фосгену. Пентабораны и декабораны действуют на центральную нервную систему, почки и печень. Предельно допустимая концентрация в воздухе (США): диборан — 0,1 мг/м3; пентаборан(9) и пентаборан(11) — 0,01 мг/м3; декаборан(16) — 0,03 мг/м3.
Как огнеопасные вещества, бороводороды представляют собой в основном вещества с наивысшей категорией огнеопасности: они способны к самовоспламенению не только на воздухе, но и и при контактах с водой и рядом галогенопроизводных углеводородов. При горении их на воздухе развиваются высокие температуры.
См. также
Напишите отзыв о статье "Бороводороды"
Примечания
- ↑ 1 2 Бороводороды — статья из Большой советской энциклопедии.
- ↑ McDonald G. [ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19650017030_1965017030.pdf Thermal stability of a commercial propyl pentaborane (BEF-2) in the range 147—190 °C] (PDF). National Advisory Committee for Aeronautics (USA) (13.11.1957).
- ↑ Основы водородной энергетики / Под ред. В. А. Мошникова и Е. И. Терукова. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «Лэти», 2010. — 288 с. — ISBN 978-5-7629-1096-5.
Литература
- Кузнецов Н. Т. Бороводороды // [www.xumuk.ru/encyklopedia/ Химическая энциклопедия: в 5 т] / Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Абл—Дар. — С. 306—307. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
Отрывок, характеризующий Бороводороды
Но, оставаясь сам в Лысых Горах, князь распорядился об отправке княжны и Десаля с маленьким князем в Богучарово и оттуда в Москву. Княжна Марья, испуганная лихорадочной, бессонной деятельностью отца, заменившей его прежнюю опущенность, не могла решиться оставить его одного и в первый раз в жизни позволила себе не повиноваться ему. Она отказалась ехать, и на нее обрушилась страшная гроза гнева князя. Он напомнил ей все, в чем он был несправедлив против нее. Стараясь обвинить ее, он сказал ей, что она измучила его, что она поссорила его с сыном, имела против него гадкие подозрения, что она задачей своей жизни поставила отравлять его жизнь, и выгнал ее из своего кабинета, сказав ей, что, ежели она не уедет, ему все равно. Он сказал, что знать не хочет о ее существовании, но вперед предупреждает ее, чтобы она не смела попадаться ему на глаза. То, что он, вопреки опасений княжны Марьи, не велел насильно увезти ее, а только не приказал ей показываться на глаза, обрадовало княжну Марью. Она знала, что это доказывало то, что в самой тайне души своей он был рад, что она оставалась дома и не уехала.На другой день после отъезда Николушки старый князь утром оделся в полный мундир и собрался ехать главнокомандующему. Коляска уже была подана. Княжна Марья видела, как он, в мундире и всех орденах, вышел из дома и пошел в сад сделать смотр вооруженным мужикам и дворовым. Княжна Марья свдела у окна, прислушивалась к его голосу, раздававшемуся из сада. Вдруг из аллеи выбежало несколько людей с испуганными лицами.
Княжна Марья выбежала на крыльцо, на цветочную дорожку и в аллею. Навстречу ей подвигалась большая толпа ополченцев и дворовых, и в середине этой толпы несколько людей под руки волокли маленького старичка в мундире и орденах. Княжна Марья подбежала к нему и, в игре мелкими кругами падавшего света, сквозь тень липовой аллеи, не могла дать себе отчета в том, какая перемена произошла в его лице. Одно, что она увидала, было то, что прежнее строгое и решительное выражение его лица заменилось выражением робости и покорности. Увидав дочь, он зашевелил бессильными губами и захрипел. Нельзя было понять, чего он хотел. Его подняли на руки, отнесли в кабинет и положили на тот диван, которого он так боялся последнее время.
Привезенный доктор в ту же ночь пустил кровь и объявил, что у князя удар правой стороны.
В Лысых Горах оставаться становилось более и более опасным, и на другой день после удара князя, повезли в Богучарово. Доктор поехал с ними.
Когда они приехали в Богучарово, Десаль с маленьким князем уже уехали в Москву.
Все в том же положении, не хуже и не лучше, разбитый параличом, старый князь три недели лежал в Богучарове в новом, построенном князем Андреем, доме. Старый князь был в беспамятстве; он лежал, как изуродованный труп. Он не переставая бормотал что то, дергаясь бровями и губами, и нельзя было знать, понимал он или нет то, что его окружало. Одно можно было знать наверное – это то, что он страдал и, чувствовал потребность еще выразить что то. Но что это было, никто не мог понять; был ли это какой нибудь каприз больного и полусумасшедшего, относилось ли это до общего хода дел, или относилось это до семейных обстоятельств?
Доктор говорил, что выражаемое им беспокойство ничего не значило, что оно имело физические причины; но княжна Марья думала (и то, что ее присутствие всегда усиливало его беспокойство, подтверждало ее предположение), думала, что он что то хотел сказать ей. Он, очевидно, страдал и физически и нравственно.
Надежды на исцеление не было. Везти его было нельзя. И что бы было, ежели бы он умер дорогой? «Не лучше ли бы было конец, совсем конец! – иногда думала княжна Марья. Она день и ночь, почти без сна, следила за ним, и, страшно сказать, она часто следила за ним не с надеждой найти призкаки облегчения, но следила, часто желая найти признаки приближения к концу.
Как ни странно было княжне сознавать в себе это чувство, но оно было в ней. И что было еще ужаснее для княжны Марьи, это было то, что со времени болезни ее отца (даже едва ли не раньше, не тогда ли уж, когда она, ожидая чего то, осталась с ним) в ней проснулись все заснувшие в ней, забытые личные желания и надежды. То, что годами не приходило ей в голову – мысли о свободной жизни без вечного страха отца, даже мысли о возможности любви и семейного счастия, как искушения дьявола, беспрестанно носились в ее воображении. Как ни отстраняла она от себя, беспрестанно ей приходили в голову вопросы о том, как она теперь, после того, устроит свою жизнь. Это были искушения дьявола, и княжна Марья знала это. Она знала, что единственное орудие против него была молитва, и она пыталась молиться. Она становилась в положение молитвы, смотрела на образа, читала слова молитвы, но не могла молиться. Она чувствовала, что теперь ее охватил другой мир – житейской, трудной и свободной деятельности, совершенно противоположный тому нравственному миру, в который она была заключена прежде и в котором лучшее утешение была молитва. Она не могла молиться и не могла плакать, и житейская забота охватила ее.
Оставаться в Вогучарове становилось опасным. Со всех сторон слышно было о приближающихся французах, и в одной деревне, в пятнадцати верстах от Богучарова, была разграблена усадьба французскими мародерами.
Доктор настаивал на том, что надо везти князя дальше; предводитель прислал чиновника к княжне Марье, уговаривая ее уезжать как можно скорее. Исправник, приехав в Богучарово, настаивал на том же, говоря, что в сорока верстах французы, что по деревням ходят французские прокламации и что ежели княжна не уедет с отцом до пятнадцатого, то он ни за что не отвечает.
Княжна пятнадцатого решилась ехать. Заботы приготовлений, отдача приказаний, за которыми все обращались к ней, целый день занимали ее. Ночь с четырнадцатого на пятнадцатое она провела, как обыкновенно, не раздеваясь, в соседней от той комнаты, в которой лежал князь. Несколько раз, просыпаясь, она слышала его кряхтенье, бормотанье, скрип кровати и шаги Тихона и доктора, ворочавших его. Несколько раз она прислушивалась у двери, и ей казалось, что он нынче бормотал громче обыкновенного и чаще ворочался. Она не могла спать и несколько раз подходила к двери, прислушиваясь, желая войти и не решаясь этого сделать. Хотя он и не говорил, но княжна Марья видела, знала, как неприятно было ему всякое выражение страха за него. Она замечала, как недовольно он отвертывался от ее взгляда, иногда невольно и упорно на него устремленного. Она знала, что ее приход ночью, в необычное время, раздражит его.
