Hidrură de aluminiu

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 9 iulie 2018; verificările necesită 16 modificări .
hidrură de aluminiu
General

Nume sistematic		 hidrură de aluminiu
Nume tradiționale Hidrură de aluminiu, hidrură de aluminiu(III), alan
Chim. formulă ( AlH3 ) n
Şobolan. formulă AlH 3
Proprietăți fizice
Stat solid
Masă molară 30,005 g/ mol
Densitate 1,45 [1]
Proprietati termice
Temperatura
 • descompunere 105 [1]
Entalpie
 •  educaţie − 12 [2]  kJ/mol
Clasificare
Reg. numar CAS 7784-21-6
PubChem 14488
Reg. numărul EINECS 232-053-2
ZÂMBETE   [AlH3]
InChI   InChi=1S/Al.3HAZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N
CHEBI 30136
ChemSpider 13833
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Hidrura de aluminiu - AlH 3 , un compus binar anorganic al aluminiului cu hidrogen . În condiții normale , un solid incolor sau alb cu structură polimerică: (AlH 3 ) n .

A fost obținut pentru prima dată în 1942 prin acțiunea unei descărcări electrice strălucitoare asupra unui amestec de trimetilaluminiu și hidrogen [3] .

Folosit ca componentă propulsoare, un puternic agent reducător în sinteza organică și ca catalizator pentru reacțiile de polimerizare .

Structura moleculară

În condiții normale, hidrura de aluminiu are o structură moleculară polimerică (AlH 3 ) n , în timp ce forma sa cristalină există în șapte modificări polimorfe : α-(AlH 3 ) n , α 1 -(AlH 3 ) n , β-(AlH 3 ) n , 5-(AlH3 ) n , e-(AlH3 ) n , y-(AlH3 ) n , ζ-(AlH3 ) n [ 4 ] .

Cea mai stabilă modificare este α-(AlH3 ) n , care are o singonie hexagonală (grup spațial R3c , a = 4,449 Å , b = 4,449 Å, c = 11,804 Å). Lungimea legăturii Al–H este de 1,72 Å, lungimea legăturii Al–Al este de 3,24 Å [5] . Structura α-(AlH 3 ) n este un set de octaedre AlH 6 unite prin șase legături Al–H–Al cu trei centre și doi electroni într-un cadru cristalin [6] .

Modificarea γ-(AlH3 ) n există în sistemul ortorombic , grupa spațială Pnnm ( a = 5,3806 Å , b = 7,3555 Å, c = 5,77509 Å). Celula rețelei cristaline de hidrură este formată din două octaedre AlH6 , lungimea legăturii Al–Al este de 2,606 Å . O caracteristică a structurii este prezența unei legături duble punte Al–2H–Al ramificate (lungimea legăturii Al–H: 1,68–1,70 Å) în plus față de legătura obișnuită Al–H–Al (lungimea legăturii Al–H: 1,77). – 1,78 Å). Datorită prezenței unor cavități mari în structura cristalină a γ-(AlH 3 ) n , această modificare are o densitate cu aproximativ 11% mai mică decât α-(AlH 3 ) n [7] .

În timpul interacțiunii atomilor de aluminiu pulverizați cu laser cu hidrogen la temperaturi ultra-scăzute (3,5 K), urmată de radiație ultravioletă și normalizare la 6,5 ​​K, pot fi găsite structuri ale dimerului Al 2 H 6 similare cu structura diboranului B 2 H 6 în produsele de fotoliză [8 ] . Dimerul (vezi structura din figură) este foarte instabil în stare condensată, așa că existența lui a fost descoperită la doar aproximativ cincizeci de ani de la descoperirea hidrurii de aluminiu [9] .

În 2007, un grup de oameni de știință din SUA a acționat asupra aluminiului cu un flux de plasmă de atomi de hidrogen și a constatat că, ca urmare, se formează diverse hidruri de aluminiu polinucleare anionice, printre care anionul Al 4 H 6 - a fost de interes deosebit , al cărui hibridul neutru Al4H6 , conform calculelor, ar trebui să difere stabilitatea vizibilă . Din punct de vedere structural, compusul ar trebui să reprezinte un tetraedru distorsionat cu vârfuri - atomi de aluminiu, în care atomii de hidrogen formează patru legături terminale Al–H și două legături Al–H–Al. Pragul mare de energie dintre orbitalii moleculari mai ocupați și cei mai mici liberi , combinat cu o putere calorică excepțional de mare, sugerează că această hidrură de aluminiu poate fi un material promițător pentru combustibilul pentru rachete [10] .

Proprietăți fizice

Hidrura de aluminiu este o substanță solidă albă [11] sau incoloră [12] . Densitate 1,45 [1] (conform altor surse 1,47 [13] ) g/cm³. Solubil în tetrahidrofuran (5 g în 100 g de solvent la 19,5 °C) [14] .

Constante termodinamice:

Conținutul ridicat de hidrogen din hidrura de aluminiu determină o serie de proprietăți asociate cu problema supraconductivității la temperatură înaltă : în intervalul de presiune de ~ 60 GPa și o temperatură de ~ 1000 K, are un mecanism de conductivitate semiconductor și în intervalul la presiuni și temperaturi înalte (până la 90 GPa și 2000 K) conductivitatea este comparabilă cu conductivitatea electrică metalică a hidrogenului [16] .

Proprietăți chimice

Un complex similar se formează cu alți esteri alifatici inferiori , precum și cu trimetilamină : AlH 3  • N(CH 3 ) 3 . Acesta din urmă interacționează cu apa cu o explozie [12] . Hidrura de aluminiu poate fi stabilizată și folosind complecși cu alte amine, de exemplu, cu N-metilpirolidină (NMP): AlH 3  • NMP și AlH 3  • (NMP) 2 [18] . Sunt cunoscute numeroase reacții de reducere a compușilor organici folosind hidrură de aluminiu (vezi secțiunea ...). Reacționează lent cu diboranul, formând borohidrură de aluminiu (mai precis, tetrahidridoborat de aluminiu ) [19] :

Obținerea

Metoda fundamentală folosită astăzi pentru obținerea hidrură de aluminiu pură din hidrură de litiu în eter dietilic a fost propusă încă din 1947 [20] :

Clorura de litiu precipită înainte de polimerizarea AlH 3 și se separă din soluția de eter, din care, prin distilarea ulterioară a eterului, se obține un complex de hidrură de aluminiu cu dietil eter [20] .

De asemenea, hidrura de aluminiu, prin analogie, poate fi obținută prin reacția hidrurii de litiu și aluminiu cu acid sulfuric , clorură de beriliu , clorură de zinc [4] , clorură de hidrogen și halogenuri de alchil [21] :

În loc de hidrură de litiu aluminiu, se poate folosi hidrură de sodiu aluminiu [22] :

Pentru a obține hidrură pură (fără impurități de solvent), complexul eteric este supus încălzirii în vid cu adăugarea de benzen [6] sau în prezența unor cantități mici de LiAlH 4 sau un amestec de LiAlH 4 + LiBH 4 [4] . În acest caz, se obțin mai întâi modificările β-AlH 3 și γ-AlH 3 , care apoi trec în α-AlH 3 mai stabil [4] .

O altă modalitate de a obține hidrură de aluminiu nesolvatată cu eter este electroliza hidrurii de sodiu aluminiu în tetrahidrofuran [23] .

Printre alte metode, remarcăm sinteza folosind hidrură de magneziu [24] :

Multă vreme s-a crezut că hidrura de aluminiu nu poate fi obținută prin interacțiunea directă a elementelor, prin urmare, metodele indirecte de mai sus au fost folosite pentru sinteza ei [25] . Cu toate acestea, în 1992, un grup de oameni de știință ruși a efectuat sinteza directă a hidrurii din hidrogen și aluminiu folosind presiune înaltă (peste 2 GPa) și temperatură (peste 800 K). Din cauza condițiilor foarte dure ale reacției, în momentul de față metoda are doar valoare teoretică [13] .

Aplicație

Hidrura de aluminiu este utilizată pe scară largă în sinteza organică ca cel mai puternic agent reducător.

Datorită faptului că hidrura de aluminiu este un compus cu un conținut ridicat de hidrogen (10,1%), este utilizată la producerea combustibililor pentru rachete și a unor explozivi [26] , precum și pentru sistemele de stocare și generare în centralele autonome cu hidrogen.

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Capitolul 3. Proprietăți fizice // Constante ale substanțelor anorganice: o carte de referință / Editat de prof. R.A.Lidina. - Ed. a II-a, revizuită. şi suplimentare .. - M . : „Drofa”, 2006. - S. 74. - ISBN 5-7107-8085-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Partea a IV-a. Termodinamica. Capitolul 1. Entalpia de formare, entropia și energia Gibbs de formare a substanțelor // Constantele substanțelor anorganice: o carte de referință / Editat de prof. R.A.Lidina. - Ed. a II-a, revizuită. şi suplimentare .. - M . : „Drofa”, 2006. - S. 442. - 688 p. — ISBN 5-7107-8085-5 .
  3. ↑ Hidrură de aluminiu // Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
  4. ↑ 1 2 3 4 Brower FM, Matzek NE, Reigler PF, Rinn HW, Roberts CB, Schmidt DL, Snover JA, Terada K. Preparation and Properties of Aluminium Hydride  //  Journal of the American Chemical Society. - 1976. - Vol. 98 , nr. 9 . - P. 2450-2453 .
  5. ↑ Turley JW, Rinn HW Structura cristalină a hidrurii de aluminiu  //  Chimie anorganică. - 1969. - Vol. 8 , nr. 1 . - P. 18-22 .
  6. ↑ 1 2 3 Drozdov A.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. Chimie anorganică. V.2: Chimia elementelor intranzitive / Ed. acad. Yu.N. Tretiakov. - M . : Centrul de Editură „Academia”, 2004. - T. 2. - S. 83. - ISBN 5-7695-1436-1 .
  7. ↑ Yartys VA, Denys RV, Maehlen JP, Frommen Ch., Fichtner M., Bulychev BM, Emerich H. Double-Bridge Bonding of Aluminium and Hydrogen in the Crystal Structure of γ-AlH 3  //  Anorganic Chemistry. - 2007. - Vol. 46 , nr. 4 . - P. 1051-1055 .
  8. ^ Andrews L., Wang X. The Infrared Spectrum of Al 2 H 6 in Solid Hydrogen   // Science . - 2003. - Vol. 299 , nr. 5615 . - P. 2049-2052 .
  9. ↑ Mitzel NW Molecular Dialane and Other Binary Hydrides //  Angewandte Chemie International Edition. - 2003. - Vol. 42 , nr. 33 . - P. 3856-3858 . (link indisponibil)   
  10. ↑ Li X., Grubisic A., Stokes ST, Cordes J., Ganteför GF, Bowen KH, Kiran B., Willis M., Jena P., Burgert R., Schnöckel H. Unexpected Stability of Al 4 H 6 : A Borane Analog?  (engleză)  // Știință . - 2007. - Vol. 315 , nr. 5810 . - P. 356-358 .
  11. ↑ Akhmetov N.S. Chimie generală și anorganică. Manual pentru licee. - Ed. a IV-a, corectată. - M . : „Școala superioară”, 2001. - S. 500. - ISBN 5-06-003363-5 .
  12. ↑ 1 2 3 4 Patnaik P. Handbook of Anorganic Chemicals. - McGraw-Hill, 2003. - P. 8-9. — ISBN 0-07-049439-8 .
  13. ↑ 1 2 Bulychev B.M., Storozhenko P.A. Hidruri metalice moleculare și ionice ca surse de hidrogen pentru centrale electrice  // Energie alternativă și ecologie. - 2004. - Nr. 4 . - P. 5-10 . Arhivat din original pe 5 martie 2016.
  14. ↑ Hayosh A. Complex hydrides in organic chemistry / Traducere din germană. - L . : „Chimie”, 1971. - S. 87.
  15. ↑ 1 2 3 Sinke GC, Walker LC, Oetting FL, Stull DR Proprietăți termodinamice ale hidrurii de aluminiu  // The  Journal of Chemical Physics . - 1967. - Vol. 47 , nr. 8 . - P. 2759-2761 .  (link indisponibil)
  16. ↑ Molodets A.M., Shakhrai D.V., Khrapak A.G., Fortov V.E. Prezentare: Metalizarea hidrurii de aluminiu AlH 3 la presiuni mari de compresie de soc treptat (pdf). Sesiunea științifică și de coordonare „Cercetarea plasmei non-ideale” . Institutul de Fizică Termică a Statelor Extreme JIHT RAS. — P. 11. Consultat la 17 februarie 2010. Arhivat la 18 aprilie 2012.
  17. ↑ Aluminiu // Enciclopedie chimică / Redactor-șef I. L. Knunyants. - M . : „Enciclopedia Sovietică”, 1988. - T. 1. - S. 207.
  18. ↑ Li H., Meziani MJ, Kitaygorodskiy A., Lu F., Bunker Ch.E., Shiral Fernando KA, Guliants EA, Ya-Ping Sun. Prepararea și caracterizarea complexelor Alane pentru aplicații energetice  //  The Journal of Physical Chemistry C : Publication web (4 februarie 2010). — 2010.
  19. ↑ Chambers C., Holliday A.K. Modern anorganic chemistry . - Chichester: Butterworth & Co (Publishers) Ltd, 1975. - P.  148 .
  20. ↑ 1 2 Finholt AE, Bond AC Jr., Schlesinger HI Hidrură de aluminiu, hidrură de aluminiu și hidrură de litiu galiu și unele dintre aplicațiile lor în chimia organică și anorganică  //  Journal of The American Chemical Society. - 1947. - Vol. 69 , nr. 5 . - P. 1199-1203 .
  21. ↑ Mirsaidov U. Synthesis, Properties, and Assimilation Methods of Aluminium Hydride  // Editat de T. Nejat  Veziroğlu , Svetlana Yu Zaginaichenko, Dmitry V. Schur, Bogdan Baranowski, Anatoliy P. Shpak Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials Seria pentru pace și securitate / NATO Science for Peace and Security Series A:. - Springer, 2007. - P. 77 -85 . - ISBN 978-1-4020-5512-6 .
  22. ↑ Zakharkin LI, Gavrilenko VV O metodă simplă pentru prepararea hidrurilor de sodiu și potasiu aluminiu  (engleză)  // Russian Chemical Bulletin. - 1961. - Vol. 10 , nr. 12 . - P. 2105-2106 .  (link indisponibil)
  23. ↑ Clasen Dr.H. Alanat-Synthese aus den Elementen und ihre Bedeutung (germană)  // Angewandte Chemie. - 1961. - Bd. 73 , nr. 10 . - S. 322-331 . (link indisponibil)   
  24. ↑ Metoda de sintetizare a hidrurii de aluminiu. Brevetul Statelor Unite 5670129  (ing.) (pdf). FreePatentsOnline.com (23/09/1997). Data accesului: 15 februarie 2010. Arhivat din original la 18 aprilie 2012.
  25. ↑ Tikhonov V.N. Chimia analitică a aluminiului. — Seria „Chimia Analitică a Elementelor”. - M . : „Nauka”, 1971. - S. 11.
  26. ↑ Molodets A.M., Shakhrai D.V., Khrapak A.G., Fortov V.E. Metalizarea hidrurii de aluminiu AlH 3 la presiuni mari de compresie de șoc în trepte (pdf). Sesiunea științifică și de coordonare „Cercetarea plasmei non-ideale” . Institutul de Fizică Termică a Statelor Extreme JIHT RAS. Data accesului: 17 februarie 2010. Arhivat din original la 18 aprilie 2012.

Literatură

Link -uri