Borowodory

Borowodory (borany) – nieorganiczne związki chemiczne złożone z wodoru i boru. Monomeryczny BH3 jest miękkim kwasem Lewisa[1]. Ze względu na dużą skłonność do dimeryzacji nie występuje w stanie wolnym, a jedynie w postaci kompleksów ze związkami nukleofilowymi, czyli zasadami Lewisa (np. z pirydyną, C5H5N:BH3), a w stanie wolnym dimeryzuje. Dwa najprostsze stabilne borany są gazami (B2H6 i B4H10), cięższe cieczami np. (B5H9, B5H11, B6H10, B6H12), a B10H14 (dekaboran) jest ciałem stałym.

Ze względu na zwartość struktury wyróżniamy m.in. kloso-, nido- i arachno-borany. Mimo że bor dysponuje tylko trzema elektronami walencyjnymi, borany zawierają często więcej wodoru niżby to wynikało z wartościowości. Jest to tłumaczone tworzeniem tzw. wiązań trójcentrowych dwuelektronowych np. B−H−B.

Lekkie borany są bardzo łatwopalne – diboran samorzutnie zapala się w powietrzu i płonie zielonym płomieniem dając przy tym dwukrotnie więcej ciepła niż spalanie takiej samej masy węglowodorów, a także bardzo gwałtownie reaguje z wodą, w wyniku reakcji tworząc kwas ortoborowy:

B2H6 + 6H2O6H2 + 2H3BO3

Pierwszym chemikiem, który opisał i uzyskał borowodory w laboratorium, był Alfred Stock:

4BCl3 + 3LiAlH42B2H6 + 3LiAlCl4

Porównanie właściwości borowodorów (25 °C)[2]

WzórNazwaStan skupieniaTemp. topn. [°C]Temp. wrz. [°C]Reakcja z powietrzemReakcja z wodąTrwałość termicznaModel cząsteczki
B2H6diborangaz−165−92,5samorzutnie zapalnynatychmiastowa hydrolizawzględnie trwały w 25 °CDiborane-3D-balls.png
B4H10tetraboran(10)gaz−12118czysty nie zapala
się samorzutnie
hydroliza w ciągu dobywzględnie szybki
rozkład w 25 °C
Tetraborane-3D-balls.png
B5H9pentaboran(9)ciecz−4760samorzutnie zapalny > 30 °Chydroliza po ogrzaniutrwały w 25 °C;
powolny rozkład w 150 °C
Pentaborane-3D-balls.png
B5H11pentaboran(11)ciecz−12363samorzutnie zapalnyszybka hydrolizaszybki rozkład w 25 °C
B6H10heksaboran(10)ciecz−62108samorzutnie zapalnyhydroliza po ogrzaniupowolny rozkład w 25 °C
B6H12heksaboran(12)ciecz−8280–90całkowita z wytworzeniem B4H10trwały kilka godzin w 25 °C
B8H12oktaboran(12)ciało stałe−20rozkład > −20 °C
B8H18oktaboran(18)ciało stałenietrwały
B9H15enneaboran(15)ciało stałe2,6trwały
B10H14dekaboran(14)ciało stałe99,7213bardzo trwałypowolna hydrolizatrwały w 150 °CDecaborane-3D-balls.png

Przypisy

  1. Ho, Tse-Lok. Hard soft acids bases (HSAB) principle and organic chemistry. „Chemical Reviews”. 75 (1), s. 1–20, 1975. DOI: 10.1021/cr60293a001. 
  2. Cotton FA, Wilkinson G, Gaus PL: Chemia nieorganiczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1995. ​ISBN 83-01-11772-9​.

Media użyte na tej stronie

Tetraborane-3D-balls.png

Space-filling model of the unit cell of cyclopentadienylindium(I), C5H5In.

Molecular model from 3Dchem.com, possibly based on electron-diffraction and microwave data from C. John Dain, Anthony J. Downs, Graham S. Laurenson and David W. H. Rankin (1981). "The molecular structure of tetraborane(10) in the gas phase as determined by a joint analysis of electron-diffraction and microwave data". J. Chem. Soc., Dalton Trans.: 472-477. DOI:10.1039/DT9810000472.

Image generated in Accelrys DS Visualizer.
Diborane-3D-balls.png
Ball-and-stick model of the diborane molecule, B2H6