Pentaboran(9)
|
|
-from-xtal-view-1-Mercury-3D-bs.png)
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
|
nazwa IUPAC
Pentaboran(9)
|
|
| Inne nazwy Pentaboran, pentaboran nonahydride, stabilny pentaboran
|
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| CHEBI | |
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.039.253 |
| Numer WE |
|
| 26757 | |
| Numer RTECS |
|
| UNII | |
| Numer ONZ | 1380 |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| B 5 H 9 | |
| Masa cząsteczkowa | 63,12 g/mol |
| Wygląd | Bezbarwna ciecz |
| Zapach | ostry, jak kwaśne mleko |
| Gęstość | 0,618 g/ml |
| Temperatura topnienia | -46,8 ° C (-52,2 ° F; 226,3 K) |
| Temperatura wrzenia | 60,1 ° C (140,2 ° F; 333,2 K) |
| Reaguje | |
| Rozpuszczalność | Benzen , cykloheksan i inne węglowodory |
| Ciśnienie pary | 171 mmHg (20°C) |
| Zagrożenia | |
| Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP): | |
|
Główne zagrożenia
|
Skrajnie toksyczny, skrajnie łatwopalny, może ulec samozapaleniu, żrący |
| NFPA 704 (ognisty diament) | |
| Punkt zapłonu | 30 ° C (86 ° F; 303 K) |
| Wybuchowe granice | 0,42%-? |
| Śmiertelna dawka lub stężenie (LD, LC): | |
|
LD 50 ( mediana dawki )
|
<50 mg/kg |
|
LC 50 ( średnie stężenie )
|
3 ppm (mysz, 4 godz.) 6 ppm (szczur, 4 godz.) 3,4 ppm (mysz, 4 godz.) 35 ppm (pies, 15 min) 244 ppm (małpa, 2 min) 67 ppm (szczur, 5 min) 40 ppm (mysz, 5 min) 31 ppm (szczur, 15 min) 19 ppm (mysz, 15 min) 15 ppm (szczur, 30 min) 11 ppm (mysz, 30 min) 10 ppm (szczur, 1 godz.) 6 ppm (mysz, 1 godz.) |
| NIOSH (limity ekspozycji na zdrowie w USA): | |
|
PEL (dopuszczalny)
|
TWA 0,005 ppm (0,01 mg/ m3 ) |
|
REL (zalecane)
|
TWA 0,005 ppm (0,01 mg/m 3 ) ST 0,015 ppm (0,03 mg/m 3 ) |
|
IDLH (bezpośrednie zagrożenie)
|
1 ppm |
| C 4v | |
| 0 D | |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Pentaboran(9) jest związkiem nieorganicznym o wzorze B 5 H 9 . Jest to jeden z najczęstszych klastrów wodorku boru, chociaż jest związkiem wysoce reaktywnym. Ze względu na wysoką reaktywność z tlenem był kiedyś oceniany jako paliwo rakietowe lub do silników odrzutowych . Podobnie jak wiele mniejszych wodorków boru, pentaboran jest bezbarwny, diamagnetyczny i lotny. Jest spokrewniony z pentaboranem(11) (B 5 H 11 ).
Struktura, synteza, właściwości
Jego struktura to pięć atomów boru ułożonych w kwadratową piramidę. Każdy bor ma końcowy ligand wodorkowy, a cztery wodorki rozciągają się na krawędziach podstawy piramidy. Jest klasyfikowany jako klatka nido.
raz pierwszy został przygotowany przez Alfreda Stocka przez pirolizę diboranu w temperaturze około 200 ° C. Ulepszona synteza zaczyna się od soli oktahydrotriboranu (B 3 H 8 − ), który jest przekształcany w bromek B 3 H 7 Br − przy użyciu HBr. Piroliza tego bromku daje pentaboran.
- 5 B 3 H 7 Br − → 3 b 5 H 9 + 5 Br − + 4 H 2
W USA pentaboran był produkowany na skalę komercyjną przez firmę Callery Chemical Company.
Powyżej 150°C rozkłada się, wytwarzając wodór. Podczas przechowywania rozkłada się w niewielkim stopniu, dając niewielką ilość wodoru i stałych pozostałości; gdy występuje w zamkniętym pojemniku, wynikający z tego wzrost ciśnienia może być niebezpieczny. Jest znacznie bardziej stabilny w obecności wody niż diboran . Pentaboran jest związkiem niepolarnym, więc jest rozpuszczalny w węglowodorach, takich jak benzen i cykloheksan , oraz w smarach , w tym stosowanych w sprzęcie laboratoryjnym.
Reakcje
Chemia pentaboranu jest rozległa. Halogenacja daje symetryczne pochodne B 5 H 8 X, które można izomeryzować, aby umieścić halogenek na podstawie kwadratowej piramidy. W przypadku silnych zasad, takich jak odczynniki alkilolitowe , można go zdeprotonować, a powstałe sole litu reagują z różnymi elektrofilami, dając podstawione pochodne. Jest kwaśny Lewisa , tworząc podwójne addukty z dwoma równoważnikami trimetylofosfiny . Pentaboran jest używany do syntezy innych klastrów wodorku boru. Jest także prekursorem metallaboranów . Na przykład reaguje z nonakarbonylem diżelaza , dając B 4 H 8 Fe(CO) 3 .
Historia jego wykorzystania jako paliwa
Pentaboran był oceniany zarówno przez amerykańskie, jak i rosyjskie siły zbrojne jako tzw. „paliwo egzotyczne”. Ponieważ proste związki boru palą się charakterystycznym zielonym płomieniem, w przemyśle amerykańskim nazwano to paliwo „Green Dragon”. Pod względem ciepła spalania pentaboran przewyższa jego równoważne związki węgla, ponieważ ich pierwiastek samowiążący, węgiel , waży co najmniej jedną jednostkę masy atomowej więcej niż atom boru , a niektóre borany zawierają więcej wodoru niż równoważnik węgla. Pod uwagę brana jest również łatwość rozrywania wiązań chemicznych związku.
Zainteresowanie tą substancją zaczęło się jako możliwe paliwo do szybkich odrzutowców. Mieszanka propelenta, która wytworzyłaby największy impuls właściwy dla silnika rakietowego, jest czasami podawana jako difluorek tlenu i pentaboran [ potrzebne źródło ] . We wczesnych latach wyścigu kosmicznego i luki rakietowej amerykańscy inżynierowie rakietowi myśleli, że mogą taniej wyprodukować rakietę, która mogłaby konkurować z Sowietami wykorzystując istniejący pierwszy stopień i umieszczając na nim górny stopień z silnikiem wytwarzającym ciąg przy bardzo wysokim impulsie właściwym. Rozpoczęto więc projekty mające na celu zbadanie tego paliwa.
Ten pentaboran był rozważany jako paliwo przez North American Aviation, kiedy XB-70 Valkyrie był na etapie planowania, ale zamiast tego samolot używał paliwa węglowodorowego. Pentaboran był również badany pod kątem zastosowania jako bipropelent z tetratlenkiem azotu . W Związku Radzieckim Walentin Głuszko użył go w eksperymentalnym silniku rakietowym RD-270M , opracowywanym w latach 1962-1970.
Inne borany zostały ocenione jako paliwa, w tym propylopentaboran (BEF-2) i dekaboran etylu (REF-3). Zbadano również diboran i dekaboran oraz ich pochodne.
Problemy z tym paliwem obejmują jego toksyczność i właściwość wybuchania płomieniem w kontakcie z powietrzem. Co więcej, jego spaliny (gdy są używane w silniku odrzutowym) również byłyby toksyczne.
Stany Zjednoczone zniszczyły swoje ostatnie zapasy „Zielonego Smoka” w 2000 roku, długo po tym, jak pentaboran został odrzucony jako nienadający się do użytku. Procedura niszczenia zhydrolizowała pentaboran parą wodną z wytworzeniem wodoru i roztworu kwasu borowego . Duże opóźnienie nastąpiło po części dlatego, że nie ma zakładów przemysłowych zużywających pentaboran jako surowiec . Zamiast tego inżynierowie wojskowi skonstruowali system na zamówienie, nazwany „Zabójcą smoków”.
Bezpieczeństwo
Jako jeden ze związków, które mają ocenę NFPA 704 (ognisty diament) 4 dla każdej kategorii, jest naturalnie niezwykle niebezpieczny.
Powyżej 30°C może tworzyć z powietrzem wybuchowe stężenia par. Jego opary są cięższe od powietrza. Jest samozapalny — w kontakcie z powietrzem, nawet lekko zanieczyszczonym, może zapalić się samoistnie. Może również łatwo tworzyć wrażliwe na wstrząsy związki wybuchowe i gwałtownie reaguje z niektórymi środkami tłumiącymi ogień, zwłaszcza z halowęglowodorami i wodą. Jest wysoce toksyczny, a objawy narażenia na niższy poziom mogą wystąpić z opóźnieniem do 48 godzin. Jego ostra toksyczność jest porównywalna z niektórymi czynnikami nerwowymi .
Dopuszczalne wartości narażenia zawodowego na pentaboran ustalone przez Administrację ds. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy oraz Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy wynoszą 0,005 ppm (0,01 mg/m 3 ) w ciągu ośmiogodzinnej średniej ważonej w czasie, przy krótkotrwałym granicznym narażeniu wynoszącym 0,015 ppm (0,03 mg/m3 ) . Ostra toksyczność pentaboranu spowodowała, że został on uznany za bezpośrednio niebezpieczny dla życia i zdrowia , z limitem ustalonym na 1 ppm.