Пентаборан(9)

Пентаборан(9)
Имена
Название ИЮПАК
Пентаборан(9)
Другие имена
Пентаборан, пентаборон нонагидрид, стабильный пентаборан
Идентификаторы
  • 19624-22-7 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:33591
ChemSpider
  • 24765156 проверятьИ
Информационная карта ECHA100.039.253
Номер ЕС
  • 243-194-4
26757
Номер RTECS
  • RY8925000
УНИИ
  • P1F0BN763J проверятьИ
Номер ООН1380
  • DTXSID10880057
  • ИнЧИ=1S/B5H9/c6-1-5-2(6)8-4(5)9-3(5)7-1/h1-5H проверятьИ
    Ключ: USBVLEBZPMQADS-UHFFFAOYSA-N проверятьИ
  • ИнЧИ=1/Б5Н9/с6-2-1-3(2,6)5(1,8-3)4(1,2,7-2)9-5/h1-5H
    Ключ: XPIBKKWNZBDJNI-UHFFFAOYAS
  • [H]1[BH]2[H][BH]3[BH]24[BH]1[H][BH]4[H]3
Характеристики
Б 5 Н 9
Молярная масса63,12 г/моль
ПоявлениеБесцветная жидкость.
Запахедкий, как кислое молоко [1]
Плотность0,618 г/мл
Температура плавления−46,8 °C (−52,2 °F; 226,3 К)
Точка кипения58,4 °C (137,1 °F; 331,5 К) [2]
Реагирует
РастворимостьБензол , циклогексан и другие углеводороды
Давление пара171 мм рт. ст. (20°С) [1]
Опасности
Охрана труда и техника безопасности (OHS/OSH):
Основные опасности
Чрезвычайно токсичен, чрезвычайно огнеопасен, может самовозгораться, едкий
NFPA 704 (огненный алмаз)
[5]
Четырехцветный бриллиант NFPA 704Health 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasFlammability 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g. propaneInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazards (white): no code
4
4
2
точка возгорания30 °C (86 °F; 303 К)
Пределы взрывоопасности0,42%-? [1]
Смертельная доза или концентрация (ЛД, ЛК):
<50 мг/кг [3]
3 ppm (мышь, 4 ч)
6 ppm (крыса, 4 ч)
3,4 ppm (мышь, 4 ч
) 35 ppm (собака, 15 мин)
244 ppm (обезьяна, 2 мин)
67 ppm (крыса, 5 мин)
40 ppm (мышь, 5 мин)
31 ppm (крыса, 15 мин)
19 ppm (мышь, 15 мин)
15 ppm (крыса, 30 мин)
11 ppm (мышь, 30 мин)
10 ppm (крыса, 1 ч)
6 ppm (мышь, 1 ч) [4]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимый)
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 частей на миллион (0,03 мг/м 3 ) [1]
IDLH (Непосредственная опасность)
1 частей 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).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Пентаборан(9) — неорганическое соединение с формулой B5H9 . Это один из наиболее распространенных кластеров гидрида бора , хотя это очень реакционноспособное соединение. Из-за его высокой реакционной способности с кислородом его когда-то оценивали как ракетное или реактивное топливо . Как и многие из более мелких гидридов бора, пентаборан бесцветен, диамагнитен и летуч. Он связан с пентабораном(11) ( B5H11 ).

Структура, синтез, свойства

Его структура представляет собой структуру из пяти атомов бора, расположенных в квадратной пирамиде. Каждый бор имеет терминальный гидридный лиганд, а четыре гидрида охватывают края основания пирамиды. Он классифицируется как клетка нидо.

Впервые он был получен Альфредом Стоком путем пиролиза диборана при температуре около 200 °C. [7] Улучшенный синтез начинается с солей октагидротрибората ( B 3 H−8), который преобразуется в бромид B 3 H 7 Br − с использованием HBr. Пиролиз этого бромида дает пентаборан. [8]

5 В 3 Н 7 Бр − → 3 В 5 Н 9 + 5 Бр − + 4 Н 2

В США пентаборан производился в промышленных масштабах компанией Callery Chemical Company.

Выше 150 °C он разлагается, выделяя водород. В отличие от диборана , он довольно стабилен при комнатной температуре, если хранить его правильно. Он гораздо более стабилен в присутствии воды, чем диборан.

Пентаборан — высокополярное соединение с дипольным моментом 2,13 Д. [9] Он растворим в углеводородах, таких как бензол и циклогексан , а также в смазках, в том числе используемых в лабораторном оборудовании.

Реакции

Химия пентаборана обширна. [10] Галогенирование дает симметричные производные B 5 H 8 X , которые могут быть изомеризованы, чтобы поместить галогенид в основание квадратной пирамиды. С сильными основаниями, такими как алкиллитиевые реагенты , его можно депротонировать, и полученные литиевые соли реагируют с различными электрофилами, давая замещенные производные. Он является кислотным по Льюису , образуя двойные аддукты с двумя эквивалентами триметилфосфина . Пентаборан используется для синтеза других кластеров гидрида бора. Он также является предшественником металлаборанов . Например, он реагирует с дижелезо нонакарбонилом , давая B 4 H 8 Fe(CO) 3 .

История его использования в качестве топлива

Пентаборан был оценен вооруженными силами США и России как так называемое «экзотическое топливо». Поскольку простые соединения бора горят характерным зеленым пламенем, прозвище этого топлива в промышленности США было «Зеленый дракон». С точки зрения теплоты сгорания пентаборан превосходит эквивалентные ему углеродные соединения, поскольку их самосвязывающий элемент, углерод , весит по крайней мере на одну атомную единицу массы больше, чем атом бора , а некоторые бораны содержат больше водорода, чем углеродный эквивалент. Также принимается во внимание легкость разрыва химических связей соединения.

Интерес к этому веществу начался как к возможному топливу для высокоскоростных реактивных самолетов. Смесь топлива, которая могла бы производить наибольший удельный импульс для ракетного двигателя, иногда приводится как дифторид кислорода и пентаборан [ требуется ссылка ] . В первые годы космической гонки и разрыва в ракетах американские ракетные инженеры считали, что они могли бы более дешево производить ракету, которая могла бы конкурировать с советской , используя существующую первую ступень и помещая на нее верхнюю ступень с двигателем, который производит тягу с очень высоким удельным импульсом, 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 самолет использовал углеводородное топливо. Пентаборан также исследовался для использования в качестве двухкомпонентного топлива с азотным тетраоксидом . [11] В Советском Союзе Валентин Глушко использовал его для экспериментального ракетного двигателя РД-270М , который разрабатывался с 1962 по 1970 год. [12]

Другие бораны были оценены в качестве топлива, включая пропилпентаборан (BEF-2) и этилдекаборан ( REF-3). [13] Диборан и декаборан и их производные также были исследованы.

Проблемы с этим топливом включают его токсичность и свойство воспламеняться при контакте с воздухом. Кроме того, его выхлоп (при использовании в реактивном двигателе) также будет токсичным.

США уничтожили свои последние запасы «Зеленого дракона» в 2000 году, спустя долгое время после того, как пентаборан был выброшен как непригодный к использованию. Процедура уничтожения гидролизовала пентаборан паром для получения водорода и раствора борной кислоты . Длительная задержка произошла отчасти из-за отсутствия промышленных предприятий, потребляющих пентаборан в качестве сырья . Вместо этого армейские инженеры сконструировали специальную систему, прозванную «Убийцей дракона». [14]

Безопасность

Как одно из соединений, имеющих рейтинг NFPA 704 (огненный алмаз) 4 по каждой категории, оно, естественно, чрезвычайно опасно.

Выше 30 °C он может образовывать взрывоопасную концентрацию паров с воздухом. Его пары тяжелее воздуха. Он пирофорен — может самопроизвольно воспламеняться при контакте с воздухом, даже если он немного загрязнен. Он также может легко образовывать взрывчатые соединения, чувствительные к удару, и бурно реагирует с некоторыми средствами пожаротушения, особенно с галогенуглеродами и водой. Он очень токсичен, и симптомы воздействия более низкого уровня могут проявиться с задержкой до 48 часов. Его острая токсичность сопоставима с некоторыми нервно-паралитическими веществами .

Пределы профессионального воздействия для пентаборана, установленные Управлением по охране труда и промышленной гигиене и Национальным институтом охраны труда, составляют 0,005 частей на миллион (0,01 мг/м3 ) в течение восьмичасового средневзвешенного по времени значения, с пределом краткосрочного воздействия 0,015 частей на миллион (0,03 мг/м3 ) . [15] Острая токсичность пентаборана привела к тому, что он считается немедленно опасным для жизни и здоровья , с пределом, установленным на уровне 1 части на миллион. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. "#0481". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ ДеКвази, Эндрю. Зелёное пламя . Глава 4. Выдержки из архива размещены на WayBack Machine .
  3. ^ Данные о химическом составе и безопасности пентаборана
  4. ^ "Пентаборан". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  5. ^ База данных профессиональных химикатов OSHA ПЕНТАБОРАН
  6. ^ "NFPA Hazard Rating Information for Common Chemicals". Архивировано из оригинала 17 февраля 2015 г. Получено 13 марта 2015 г.
  7. ^ Сток, А. (1933). Гидриды бора и кремния . Нью-Йорк: Cornell University Press. ISBN 0-8014-0412-6.
  8. ^ Миллер, VR; Рышкевич, GE (1974). «Пентаборан(9) (B 5 H 9 )». Неорганические синтезы . Том. 15. С.  118–122 . doi :10.1002/9780470132463.ch26. ISBN 9780470132463.
  9. ^ Hrostowski, Henry J.; Myers, Rollie J. (29 декабря 2004 г.). «Микроволновые спектры, структура и дипольный момент стабильного пентаборана». Журнал химической физики . 22 (2): 262. doi :10.1063/1.1740048. ISSN  0021-9606.
  10. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  11. ^ "N2O4/Pentaborane". Encyclopedia Astronautica. Архивировано из оригинала 8 августа 2007 года . Получено 11 августа 2007 года .
  12. ^ "РД-270М". Энциклопедия Астронавтика. Архивировано из оригинала 26 августа 2002 года . Получено 11 августа 2007 года .
  13. ^ 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.
  14. ^ ""Dragon Slayer" нейтрализует супертопливо" (PDF) . Engineer Update . 25 (2). Инженерный корпус армии США . Февраль 2001 г.
  15. ^ CDC – Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
  16. ^ Документация по концентрациям, представляющим немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Пентаборан(9)&oldid=1264768638"