Struttura, proprietà, usi del boroidruro di sodio (NaBH4)

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Charles McCarthy
Struttura, proprietà, usi del boroidruro di sodio (NaBH4)

Il boroidruro di sodio è un solido inorganico la cui formula chimica è NaBH4. Può essere considerato rappresentativo degli alcali boroidridi ed è il più comune di questi. È un solido cristallino bianco.

A contatto con l'acqua, NaBH4 può generare calore e idrogeno HDue che è combustibile, quindi deve essere maneggiato con cautela. Per la facilità con cui può generare ioni idruro H-, Il boroidruro di sodio è un composto moderatamente riducente, quindi è ampiamente utilizzato nelle reazioni chimiche per questo scopo.

Boroidruro di sodio, NaBH4, solido. Ondřej Mangl [Dominio pubblico]. Fonte: Wikimedia Commons.

La sua proprietà riducente è utilizzata anche nell'industria della carta, poiché migliora le caratteristiche di brillantezza e stabilità della pasta di legno e della carta agendo contro l'ossidazione della cellulosa, componente principale della carta..

Poiché può facilmente formare idrogeno in presenza di acqua, è stata anche studiata la possibilità di utilizzarlo come fonte reversibile di idrogeno nelle celle a combustibile..

Ha altri usi tutti basati sulla sua proprietà riducente, come nell'industria farmaceutica.

Indice articolo

  • 1 Struttura
  • 2 Nomenclatura
  • 3 Proprietà fisiche
    • 3.1 Stato fisico
    • 3.2 Peso molecolare
    • 3.3 Temperatura di autoaccensione
    • 3.4 Temperatura di decomposizione
    • 3.5 Densità
    • 3.6 Solubilità
  • 4 Proprietà chimiche
  • 5 Rischi
  • 6 Ottenimento
  • 7 Usi
    • 7.1 Nelle reazioni chimiche di riduzione
    • 7.2 Nella produzione di H2 nelle celle a combustibile
    • 7.3 Nell'industria della pasta di legno e della carta
    • 7.4 In vari usi
  • 8 Riferimenti

Struttura

Il boroidruro di sodio è un composto ionico. È formato dall'anione boroidruro [BH4]- attaccato al catione di sodio Na+.

L'anione [BH4]- è tetraedrico.

Struttura del boroidruro di sodio. Kemikungen [dominio pubblico]. Fonte: Wikimedia Commons.

La sua struttura di Lewis è la seguente:

Struttura elettronica di Lewis di NaBH4. Autore: Marilú Stea.

Nomenclatura

-Boroidruro di sodio

-Tetraidroborato di sodio

-Tetraidruroborato di sodio

Proprietà fisiche

Stato fisico

Solido bianco cristallino.

Peso molecolare

37,84 g / mol

Temperatura di autoaccensione

∼ 220 ºC

temperatura di decomposizione

> 250 ºC

Densità

1.074 g / cm3 a 20 ºC

Solubilità

Il NaBH4 è abbastanza solubile in acqua (55 g / 100mL a 25 ºC), dove è parzialmente idrolizzato. È solubile in tetraidrofurano (THF) ed è insolubile in etere dietilico.

Proprietà chimiche

Il boroidruro di sodio si dissolve in acqua, dove subisce una decomposizione iniziale o idrolisi che rende la soluzione basica, prevenendo un'ulteriore idrolisi..

[BH4]- + HDueO → B (OH)3 + HDue↑ + OH-

Ciò è spiegato perché [BH4]- interagisce con l'H+ dell'acqua, dove l'H+ prende un anione idruro H- per formare HDue. Si può dire che il BH3 competere con l'H+ dallo ione idruro H-.

In un mezzo acido l'idrolisi è completa a causa dell'abbondanza di ioni H.+.

Il NaBH4 è stabile all'aria secca. Non è volatile.

A causa del suo contenuto di ioni idruro, il boroidruro di sodio è un composto riducente. Permette di ridurre il gruppo carbonile C = O a C-OH, cioè i composti carbonilici ad alcoli.

Il NaBH4 Di per sé non riduce i doppi legami C = C, nemmeno quelli coniugati con gruppi carbonilici -C = C-C (= O)-.

Tuttavia, a contatto con acidi protonici (come HCl) o acidi di Lewis (come BCl3 o AlCl3) si forma il diborano B.DueH6. E se questa reazione viene condotta in presenza di composti organici con doppi legami C = C, il diborano BDueH6 esegue l'idroborazione di questi.

In presenza di catalizzatori appropriati e condizioni specifiche, il boroidruro di sodio può ridurre vari tipi di gruppi funzionali.

Rischi

Il calore della reazione di idrolisi in acqua è sufficiente per accendere l'idrogeno che si forma in essa. Quindi è importante prestare attenzione quando lo si maneggia.

Il NaBH4 si accende facilmente e brucia facilmente.

Ottenere

La tipica reazione di preparazione NaBH4 è attraverso l'idruro di sodio NaH e B (OCH3)3 ad una temperatura di circa 250 ºC:

4 NaH + B (OCH3)3 → NaBH4 + 3 NaOCH3

Applicazioni

Nelle reazioni chimiche di riduzione

Perché è una fonte di ioni H.-, il NaBH4 È un composto riducente e viene utilizzato per preparare altri composti chimici. Per questo viene utilizzato in solventi polari aprotici, cioè senza protoni H.+, come dimetilsolfossido, esametilfosforammide e dimetilformammide.

È usato come agente riducente nelle reazioni chimiche sia organiche che inorganiche..

Permette di ridurre le aldeidi ad alcoli primari e chetoni ad alcoli secondari.

Riduce anche gli alogenuri alchilici a idrocarburi come lo iododecano a decano, l'acido bromoundecanoico ad acido undecanoico e il clorododecano a dodecano..

Se agisce da solo, durante la riduzione non influenza altri gruppi funzionali come estere, acido carbossilico, nitrile e solfone.

La sua proprietà di non ridurre i doppi legami C = C, nemmeno quelli coniugati con i gruppi carbonilici -C = C-C (= O) -, permette di preparare alcoli insaturi -C = C-CHDue-Oh.

Per ridurre i composti aromatici nitrati alle loro aniline corrispondenti è necessaria la presenza di catalizzatori come il cobalto o il cloruro di stagno. Riduce i disolfuri a tioli.

In presenza di opportune condizioni e catalizzatori permette di ridurre acidi carbossilici, esteri, ammidi, nitrili, immine, epossidi e anche doppi e tripli legami.

Nella produzione di HDue nelle celle a combustibile

Il NaBH4 può essere convertito in una cella a combustibile.

Il NaBH4 in presenza di una soluzione alcalina di KOH o NaOH idrolizza e produce idrogeno HDue che può essere utilizzato come combustibile in una cella a combustibile elettrolitica polimerica.

È stato anche studiato come materiale di stoccaggio per H.Due reversibilmente.

Le nanoparticelle NaBH vengono sintetizzate4 e stabilizzato con un tensioattivo. Dopo il trattamento con NiClDue si forma uno strato o rivestimento protettivo che regola il rilascio di H.Due completamente reversibile.

Questo nuovo materiale nanometrico consentirebbe l'uso di H.Due come combustibile pulito e rinnovabile.

Veicolo che funziona con una cella a combustibile a idrogeno. Dr. Artur Braun (Arturbraun) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

Nell'industria della cellulosa e della carta

Il boroidruro di sodio viene utilizzato per migliorare la lucentezza e altre proprietà fisiche della polpa e della carta..

La degradazione della matrice cellulosica della carta avviene attraverso processi complessi che comportano l'ossidazione. I gruppi idrossilici vengono ossidati a carbonile e carbossile, questo porta allo scolorimento della carta e ad una diminuzione delle sue proprietà fisiche..

Quando si tratta polpa o carta con NaBH4, Questo riduce aldeidi e chetoni a gruppi -OH senza influenzare i gruppi carbossilici acidi, migliorando stabilità e brillantezza a valori superiori a quelli iniziali..

Il NaBH4 migliora la lucentezza della carta. Autore: Rawpixel. Fonte: Pixabay.

In vari usi

Il boroidruro di sodio è usato per trattare le acque reflue, come agente esaltatore di sapidità nell'industria alimentare e delle bevande, come agente di rivestimento e per il trattamento delle superfici, nella produzione di tabacco, nell'industria farmaceutica, tessile e industriale..

Riferimenti

  1. Christian, M.L. e Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Strategia core-shell che porta a un'elevata capacità di stoccaggio dell'idrogeno reversibile per NaBH4. ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Recuperato da pubs.acs.org.
  2. Nora de Souza, M.V. e Alves V., T.R. (2006). Metodologie recenti mediate dal sodio boroidruro nella riduzione di diverse classi di composti. App. Organometal. Chem.2006; 20: 798-810. Recupero da onlinelibrary.wiley.com.
  3. Imamoto, T. (1991). Riduzione. Boroidruro di sodio. In sintesi organica completa. Recupero da sciencedirect.com.
  4. Tang, L.C. (1986) Stabilizzazione della carta attraverso il trattamento con boroidruro di sodio. In tessuti storici e materiali cartacei. Capitolo 24. Pagine 427-441. Advances in Chemistry, Volume 212. Recovered from pubs.acs.org.
  5. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
  6. Morrison, Robert Thornton; e Boyd, Robert Neilson. 1992. Chimica organica. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
  7. NOI. Biblioteca nazionale di medicina. (2019). Boroidruro di sodio. Estratto da: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.

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