Borazan
| |||||||||||
| |||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||
| Wzór sumaryczny | BH6N | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inne wzory | NH | ||||||||||
| Masa molowa | 30,87 g/mol | ||||||||||
| Wygląd | beżowe kryształy[1] | ||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||
| Numer CAS | |||||||||||
| PubChem | |||||||||||
| |||||||||||
| |||||||||||
| |||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | |||||||||||
Borazan – nieorganiczny związek chemiczny, kompleks amoniaku i borowodoru. Podczas ogrzewania rozkłada się z wydzieleniem wodoru. Wykorzystywany jest jako źródło wodoru do napędu silników spalinowych. Borazan charakteryzuje się grawimetryczną jak i objętościową zawartością wodoru, która teoretycznie sięga 19,6% wag. i 0,145 kg L−1[2].
Struktura krystaliczna
Faza niskotemperaturowa jest opisana układem rombowym z grupą przestrzenną Pmn21. Przejście fazowe pomiędzy fazą niskotemperaturową i wysokotemperaturową występuje przy 225 K (-48ºC). W temperaturze pokojowej borazan tworzy kryształy w układzie tetragonalnym o grupie przestrzennej I4mm[2]. Faza wysokotemperaturowa jest bardziej nieuporządkowana niż niskotemperaturowa, co powoduje wysoki stopień plastyczności kryształów oraz właściwości piezoelektryczne i piroelektryczne. Nieuporządkowanie skutkuje dwunastokrotną lub wyższą reorientację grup BH3 i H3N. Atomy wodoru muszą być nieuporządkowane, aby dostosować się do symetrii chemicznej i krystalograficznej. Niespójność powstaje, ponieważ wiązanie B–N leży wzdłuż 4-krotnej osi obrotu, co jest sprzeczne z 3-krotną symetrią oczekiwaną od grup –BH3 i –NH3[2].
Rozkład termiczny i hydroliza
Rozkład termiczny jak i hydroliza borazanu powoduje wytworzenie gazowego wodoru, który jest wykorzystywany jako źródło wodoru w napędach silnikowych. Proces rozkładu w zakresie temperatur ok. 375 – 390 K obserwuje się anomalią egzotermiczną, która uwalnia 1,1 ± 0,1 mola H2 na mol AB[3][4] z utworzeniem (BH2NH2)x i B3N3H6[5]. Różnica ta spowodowana jest szybkością nagrzewania (powolne nagrzewanie obniża temperaturę topnienia)[5]. Drugim etapem jest uwolnienie 1,1 ± 0,1 mola H2 podczas reakcji egzotermicznej w zakresie temperatur od 400 do 457 K[3][4][5] z utworzeniem (NHBH)x i B2H6.
Borazan jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. Wykazuje też stabilność przy pH ≥ 7. Ponadto trzy wodory Hδ- z borazanu łatwo reagują z wodorami protonowymi Hδ+ wody, uwalniając H2 w warunkach otoczenia. Z tych powodów para amoniak-boran-woda okazała się być obiecującym źródłem wodoru w stanie ciekłym. W hydrolizie połowa wytworzonego H2 pochodzi z wody, a druga połowa z grupy BH3. Odwodornienie ugrupowania H3N jest trudne termodynamicznie (92,4 kJ mol-1 , co sugeruje temperatury wyższe niż 937K). Nadmiar grawimetryczny zdolności magazynowania wodoru jest zatem ograniczony do 7,1% wag[2]. W trakcie hydrolizy borazanu wytwarzają się kryształy boranów amonu[6].
Przypisy
- ↑ a b Borane-ammonia complex (nr 682098) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2018-07-11]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑ a b c d Umit B. Demirci, Ammonia borane, a material with exceptional properties for chemical hydrogen storage, „International Journal of Hydrogen Energy”, 42 (15), 2017, s. 9978–10013, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.01.154, ISSN 0360-3199 [dostęp 2022-04-20] (ang.).
- ↑ a b S. Basu, Y. Zheng, J.P. Gore, An experimental study of neat and ionic liquid-aided ammonia borane thermolysis, „Journal of Power Sources”, 196 (2), 2011, s. 734–740, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.07.085, ISSN 0378-7753 [dostęp 2022-04-20] (ang.).
- ↑ a b F Baitalow i inni, Thermal decomposition of B–N–H compounds investigated by using combined thermoanalytical methods, „Thermochimica Acta”, 391 (1-2), 2002, s. 159–168, DOI: 10.1016/s0040-6031(02)00173-9, ISSN 0040-6031 [dostęp 2022-04-20].
- ↑ a b c G. Wolf i inni, ChemInform Abstract: Calorimetric Process Monitoring of Thermal Decomposition of B-N-H Compounds., „ChemInform”, 31 (19), 2010, no–no, DOI: 10.1002/chin.200019014, ISSN 0931-7597 [dostęp 2022-04-20].
- ↑ María-José Valero-Pedraza i inni, Diammonium tetraborate dihydrate as hydrolytic by-product of ammonia borane in aqueous alkaline conditions, „International Journal of Hydrogen Energy”, 45 (16), 2020, s. 9927–9935, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.223, ISSN 0360-3199 [dostęp 2022-04-20].
Media użyte na tej stronie
Ball-and-stick model of the ammonia-borane molecule, NH3BH3.
X-ray crystallographic data from J. Am. Chem. Soc. (1999) 121, 6337–6343.
Model constructed in CrystalMaker 8.1.
Image generated in Accelrys DS Visualizer.
Structure of ammina borane