Пентаборан(9)
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Пентаборан(9) | |
| Другие имена Пентаборан, нонагидрид пентабора, стабильный пентаборан | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.039.253 |
| Номер ЕС |
|
| 26757 | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 1380 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Б 5 Ч 9 | |
| Молярная масса | 63.12 g/mol |
| Появление | Бесцветная жидкость |
| Запах | острый, как кислое молоко [1] |
| Плотность | 0,618 г/мл |
| Температура плавления | -46,8 ° C (-52,2 ° F; 226,3 К) |
| Точка кипения | 58,4 ° С (137,1 ° F; 331,5 К) [2] |
| Реагирует | |
| Растворимость | Бензол , Циклогексан и другие углеводороды. |
| Давление пара | 171 мм рт.ст. (20°С) [1] |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Чрезвычайно токсичен, чрезвычайно легковоспламеняем, может самовозгораться, едкий. |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | 30 ° С (86 ° F; 303 К) |
| Взрывоопасные пределы | 0.42%-? [1] |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | <50 мг/кг [3] |
ЛК 50 ( средняя концентрация ) | 3 ppm (мышь, 4 часа) 6 частей на миллион (крыса, 4 часа) 3,4 ppm (мышь, 4 часа) 35 частей на миллион (собака, 15 минут) 244 ppm (обезьяна, 2 мин) 67 частей на миллион (крыса, 5 мин) 40 частей на миллион (мышь, 5 мин) 31 ppm (крыса, 15 мин) 19 частей на миллион (мышь, 15 минут) 15 частей на миллион (крыса, 30 мин) 11 ppm (мышь, 30 мин) 10 частей на миллион (крыса, 1 час) 6 частей на миллион (мышь, 1 час) [4] |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
МЕХ (Допускается) | TWA 0,005 частей на миллион (0,01 мг/м 3 ) [1] |
РЕЛ (рекомендуется) | TWA 0,005 частей на миллион (0,01 мг/м 3 ) ST 0,015 ppm (0,03 мг/м 3 ) [1] |
IDLH (Непосредственная опасность) | 1 часть на миллион [1] |
| Структура | |
| С 4В | |
| 2,13 Д | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Пентаборан(9) представляет собой неорганическое соединение формулы Б 5 Ч 9 . Это один из наиболее распространенных кластеров гидрида бора, хотя он является высокореактивным соединением. Из-за его высокой реакционной способности с кислородом его когда-то оценивали как ракетное или реактивное топливо . Как и многие более мелкие гидриды бора, пентаборан бесцветен, диамагнитен и летуч. Это связано с пентабораном (11) ( Б 5 Ч 11 ).
Структура, синтез, свойства
[ редактировать ]Его структура представляет собой структуру пяти атомов бора, расположенных в форме квадратной пирамиды. Каждый бор имеет концевой гидридный лиганд, и четыре гидрида охватывают края основания пирамиды. Его классифицируют как клетку нидо.
был получен Альфредом Стоком путем пиролиза диборана Впервые он при температуре около 200 ° C. [6] Улучшенный синтез начинается с солей октагидротрибората ( B 3 H − 8 ), который превращают в бромид Б 3 Ч 7 Бр − с использованием ХБр. Пиролиз этого бромида дает пентаборан. [7]
- 5 Б 3 Ч 7 Бр − → 3 Б 5 Ч 9 + 5 Бр − + 4 Ч 2
В США пентаборан производился в коммерческих масштабах компанией Callery Chemical Company.
При температуре выше 150 °C он разлагается с образованием водорода. В отличие от диборана , он вполне стабилен при комнатной температуре при правильном хранении. Он гораздо более стабилен в присутствии воды, чем диборан.
Пентаборан — высокополярное соединение с дипольным моментом Д. 2,13 [8] Он растворяется в углеводородах, таких как бензол и циклогексан , а также в смазках, в том числе используемых в лабораторном оборудовании.
Реакции
[ редактировать ]Химия пентаборана обширна. [9] Галогенирование дает симметричные производные B 5 H 8 X , который можно изомеризовать, чтобы разместить галогенид в основании квадратной пирамиды. С помощью сильных оснований, таких как реагенты алкиллития , его можно депротонировать, и полученные соли лития реагируют с различными электрофилами с образованием замещенных производных. Это кислота Льюиса , образующая двойные аддукты с двумя эквивалентами триметилфосфина . Пентаборан используется для синтеза других кластеров гидрида бора. Это также предшественник металлоборанов . Например, он реагирует с нонакарбонилом дижелеза с образованием В 4 Н 8 Fe(CO) 3 .
История его использования в качестве топлива
[ редактировать ]Пентаборан оценивался как вооруженными силами США, так и России как так называемое «экзотическое топливо». Поскольку простые соединения бора горят характерным зеленым пламенем, в промышленности США это топливо прозвали «Зеленый дракон». По теплоте сгорания пентаборан превосходит эквивалентные ему углеродные соединения, поскольку их самосвязывающийся элемент, углерод , весит как минимум на одну атомную единицу массы больше, чем атом бора , а некоторые бораны содержат больше водорода, чем углеродный эквивалент. Также учитывается легкость разрыва химических связей соединения.
Интерес к этому веществу возник как к возможному топливу для высокоскоростных реактивных самолетов. Топливную смесь, которая будет производить наибольший удельный импульс для ракетного двигателя, иногда представляют собой дифторид кислорода и пентаборан. [ нужна ссылка ] . В первые годы космической гонки и ракетного разрыва американские инженеры-ракетчики думали, что они смогут дешевле создать ракету, которая могла бы конкурировать с Советами , используя существующую первую ступень и поставив верхнюю ступень с двигателем, создающим тягу с очень высокой скоростью. высокий удельный импульс на его вершине. Поэтому были начаты проекты по исследованию этого топлива.
Этот пентаборан рассматривался для использования в качестве топлива компанией North American Aviation , когда XB-70 Valkyrie находился на стадии планирования, но в итоге вместо этого самолет стал использовать углеводородное топливо. Пентаборан также исследовался на предмет использования в качестве двухкомпонентного топлива с тетраоксидом азота . [10] В Советском Союзе Валентин Глушко использовал его для экспериментального ракетного двигателя РД-270М , разрабатывавшегося в период с 1962 по 1970 год. [11]
В качестве топлива оценивались и другие бораны, в том числе пропилпентаборан (БЭФ-2) и этилдекаборан ( РЕФ-3). [12] диборан , декаборан Также были исследованы и их производные.
Проблемы с этим топливом включают его токсичность и свойство воспламеняться при контакте с воздухом. Более того, его выхлопы (при использовании в реактивном двигателе) также будут токсичными.
США уничтожили свои последние запасы «Зеленого дракона» в 2000 году, спустя много времени после того, как пентаборан был признан непригодным для использования. В ходе процедуры разрушения гидролизовался пентаборан водяным паром с образованием водорода и раствора борной кислоты . Длительная задержка произошла отчасти из-за отсутствия промышленных предприятий, потребляющих пентаборан в качестве сырья . Вместо этого армейские инженеры создали специальную систему, получившую прозвище «Убийца драконов». [13]
Безопасность
[ редактировать ]Поскольку это одно из соединений, которое имеет рейтинг NFPA 704 (огненный алмаз) 4 для каждой категории, оно, естественно, чрезвычайно опасно.
При температуре выше 30 °C может образовывать с воздухом взрывоопасную концентрацию паров. Его пары тяжелее воздуха. Он пирофорен — может самопроизвольно воспламеняться при контакте с воздухом, даже слегка загрязненным. Он также может легко образовывать чувствительные к ударам взрывчатые соединения и бурно реагирует с некоторыми средствами пожаротушения, особенно с галоидоуглеродами и водой. Он высокотоксичен, и симптомы воздействия более низкого уровня могут проявиться с задержкой до 48 часов. Его острая токсичность сравнима с некоторыми нервно-паралитическими веществами .
Пределы профессионального воздействия пентаборана, установленные Управлением по безопасности и гигиене труда и Национальным институтом безопасности и гигиены труда, составляют 0,005 частей на миллион (0,01 мг/м). 3 ) в течение восьмичасового средневзвешенного значения с пределом кратковременного воздействия 0,015 частей на миллион (0,03 мг/м 3 ). [14] Острая токсичность пентаборана привела к тому, что его признали непосредственно опасным для жизни и здоровья с пределом, установленным на уровне 1 ppm. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0481» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ ДеКвази, Эндрю. Зеленое пламя . Глава 4. Отрывок и архив на WayBack Machine .
- ^ Данные о химических веществах и безопасности пентаборана .
- ^ «Пентаборан» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ «Информация о рейтинге опасности NFPA для обычных химических веществ» . Архивировано из оригинала 17 февраля 2015 года . Проверено 13 марта 2015 г.
- ^ Сток, А. (1933). Гидриды бора и кремния . Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. ISBN 0-8014-0412-6 .
- ^ Миллер, ВР; Рышкевич, GE (1974). «Пентаборан(9) (B 5 H 9 )». Неорганические синтезы . Том. 15. С. 118–122. дои : 10.1002/9780470132463.ch26 . ISBN 9780470132463 .
- ^ Хростовский, Генри Дж.; Майерс, Ролли Дж. (29 декабря 2004 г.). «Микроволновые спектры, структура и дипольный момент стабильного пентаборана» . Журнал химической физики . 22 (2): 262. дои : 10.1063/1.1740048 . ISSN 0021-9606 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ «N 2 O 4 /Пентаборан» . Энциклопедия космонавтики. Архивировано из оригинала 8 августа 2007 года . Проверено 11 августа 2007 г.
- ^ «РД-270М» . Энциклопедия космонавтики. Архивировано из оригинала 26 августа 2002 года . Проверено 11 августа 2007 г.
- ^ Макдональд, Г. (13 ноября 1957 г.). «Термическая стабильность коммерческого пропилпентаборана (HEF-2) в диапазоне от 147 до 190 ° C» (PDF) . Национальный консультативный комитет по аэронавтике.
- ^ « «Убийца драконов» нейтрализует супертопливо» (PDF) . Обновление инженера . 25 (2). Инженерный корпус армии США . Февраль 2001 года.
- ^ CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
- ^ Документация по концентрациям, непосредственно опасным для жизни или здоровья (IDLH).