Struktura wodorku aluminiowego (ALH3), właściwości, zastosowania

On Wodork aluminiowy Jest to związek nieorganiczny, którego wzorem chemicznym jest ALH₃. Chociaż wydaje się to prosta natura, w rzeczywistości jest to nieco skomplikowana substancja. Ze względu na krystaliczną jasność, która może wystąpić w jego stałym, jest zwykle przyjmowana jako wodorek jonowy, utworzony przez jony³⁺ i H^-.

Jednak jego właściwości pokazują inaczej: jest to polimeryczna substancja stała, której najbardziej wierna reprezentacja byłaby tego typu (ALH₃)_N, istnienie N Liczba monomerycznych jednostek ALH₃ To zintegrowałoby szklany łańcuch lub warstwę. Dlatego ALH₃ Jest to jeden z tych polimerów, który udaje się przyjąć krystaliczną strukturę.

Krystaliczna struktura wodorku aluminium. Źródło: Benjah-BMM27 / Public Domena

Aluminiowy wodorek nie jest stałym z dużą ilością komercyjnej dyfuzji, więc jego dostępne obrazy są rzadkie. Jest szczególnie stosowany do syntezy organicznej, gdzie służy jako silny środek redukujący. Zajmuje również szczególne miejsce w technologicznym postępie materiałów, jest obiecującą alternatywą dla magazynowania wodoru.

Ten związek, zwany także ALANO, utrzymuje bliski związek z lialh₄, którego nazwy to aluminium i wodorek litowy, alaninian litu lub tetrahydroluminacja litu. Chociaż ma charakterystykę polimeru i metastabilność cieplną, występuje w siedmiu polimorfach o różnych morfologiach krystalicznych.

[TOC]

Struktura

Koordynacje

Oktaedralna koordynacja kationów aluminiowych w krysztale ALH3. Źródło: Benjah-BMM27 / Public Domena.

Niezależnie od rozważanego polimorfitu lub fazy krystalicznej, koordynacja między atomami aluminium i wodoru jest stała. Na przykład na górnym obrazie, podobnie jak na pierwszym obrazie, oktahedron koordynacyjny dla atomów aluminiowych (brązowa kula) pokazano na pierwszym obrazie.

Może ci służyć: prawa stechiometryczne

Każdy atom jest otoczony sześć godzin, ustanawiając sześć linków al-H. Sposób, w jaki oktahedry są zorientowane w przestrzeni, zrobi różnicę strukturalną między jednym polimorfem a drugim.

Z drugiej strony każdy atom H jest skoordynowany z dwoma atomami AL, ustanawiając wiązanie Al-H-Al, które można uzasadnić łącznikiem typu 3C2E (3 centra-2 elektrony). Ten link jest odpowiedzialny za dołączenie do kilku ośmiedros ALH₆ W całym krysztale Alano.

Izolowana cząsteczka

ALH₃ Jest uważany za polimerowy z powodu sieci ALH₆ które integrują szkło. Aby wyodrębnić poszczególną cząsteczkę Alano, konieczne jest zastosowanie niskich ciśnień w obojętnej atmosferze gazu szlachetnego. W ten sposób polimer pęka i uwalnia cząsteczki ALH₃ trygonalnej płaskiej geometrii (analogiczna do BH₃).

Z drugiej strony można zmniejszyć dwa ALH₃ Aby uformować₂H₆, Jak w przypadku Diborano, B₂H₆. Jednak, aby to osiągnąć, wymagane jest zastosowanie stałego wodoru, więc może nie mieć dużej długoterminowej wartości przemysłowej lub komercyjnej.

Polimorfy

Alano lub ALH₃ Jest w stanie utworzyć do siedmiu polimorfów: α, α ', β, γ, δ, ε i ζ, z których α jest najbardziej stabilny dla zmian temperatury. Α-alh₃ Wyróżnia się morfologią sześcienną i sześciokątną strukturą krystaliczną. To zwykle jest produkt, w którym inne polimorfy są przekształcane, gdy cierpią destabilizacja termiczna.

Morfologia γ-alh₃, Z drugiej strony wyróżnia się typem igły. Dlatego ALH₃ Ciało stałe może zawierać mieszaninę więcej niż dwóch polimorfów i występować zróżnicowane kryształy do ​​mikroskopu.

Nieruchomości

Wygląd fizyczny

Aluminiowy wodorek jest bezbarwnym lub białawym, krystalicznym wyglądem z tendencją do pokazywania kształtów igły.

Może ci służyć: kwas sulfonowy: struktura, nomenklatura, właściwości, zastosowania

Masa cząsteczkowa

29.99 g/mol o 30 g/mol

Temperatura topnienia

150 ° C. Ale zaczyna pękać z 105 ° C.

Rozpuszczalność wody

Wysoki, a potem zareaguj z nią.

Rozpuszczalność

Nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach dietyloeterowych i apolowych, takich jak benzen i pentan. Reaguje z alkoholami i innymi rozpuszczalnikami polarnymi.

Rozkład

ALH₃ Jest podatny na rozkład z różnymi prędkościami w zależności od warunków zewnętrznych, morfologii i stabilności termicznej ich kryształów lub stosowania katalizatorów. Kiedy to się stanie, uwalnia wodór i przekształca się w metalowe glin:

2alh₃ → 2Al + 3H₂

W rzeczywistości ten rozkład, a nie problem, stanowi jeden z powodów, dla których ALANO jest uważany za interesujący w rozwoju nowych technologii energetycznych.

Formacja adduktu

Kiedy ALH₃ Nie reaguje nieodwracalnie z rozpuszczalnikiem, ustanawia z nim addukt, to znaczy rodzaj kompleksu. Na przykład możesz utworzyć kompleks z trimetyloaminą, ALH₃· 2n (cho₃)₃, Z tetrahydrofurano, ALH₃· Thf lub z dietetykiem, ALH₃· Et₂ALBO. Ten ostatni był najbardziej znany, gdy synteza lub uzyskanie alano wprowadzono w 1947 r.

Uzyskanie

Pierwsze występy ALH₃ Pochodzą z 1942 i 1947 r₄ W medium dietylowym:

3Lialh₄ + Alcl₃+ NEt₂O → 4Alh₃ · NEt₂O + 3LICL

Eteryczne rozwiązanie, ALH₃ · NEt₂Lub musiał się poddać rozczarowaniu, w celu wyeliminowania ET₂Lub i zdobądź ALH₃ czysty. Oprócz tego problemu LICL należy wyeliminować z medium produktów.

Zatem w latach 1950–1977 zaprojektowano nową syntezę w celu uzyskania lepszych wydajności ALH₃, a także najczystsze substancje stałe i lepsze właściwości termiczne i morfologiczne. Modyfikując stosowane ilości, kroki i instrumenty, można sprzyjać uzyskaniu polimorfu nad drugim. Jednak α-alh₃ Zazwyczaj jest to produkt większości.

Może ci służyć: Alilo: Allyic Unit, Carbocation, Radical, przykłady

Inne metody syntezy obejmują korzystanie z elektrochemii. Aby to zrobić, używana jest anoda aluminiowa i katoda platynowa. W anodzie przechodzi następująca reakcja:

3alh₄^- + Do³⁺ + NTHF → 4ALH₃ · NTHF + 3E^-

Podczas gdy w katodzie otrzymuje się metaliczny sód. Następnie ALH₃ · NTHF ulega również rozczarowującym, aby wyeliminować THF i wreszcie uzyskać ALH₃.

Aplikacje

Środek redukujący

ALH₃ Służy do zmniejszenia niektórych funkcjonalnych grup związków organicznych, takich jak kwasy karboksylowe, ketony, aldehydy i estry. Praktycznie to, co robi, to dodać hydrogeny. Na przykład Ster można zmniejszyć do alkoholu w obecności grupy Nitro:

Redukcja Ster z wodorkiem aluminiowym. Źródło: Ginger / Public Domena.

Zbiornik wodoru

Aluminiowy wodorek stanowi alternatywę, aby służyć jako zbiornik wodoru, a tym samym, aby móc go przenosić w urządzeniach obsługujących akumulatory wodorowe. Objętości uzyskane z H₂ odpowiadają większej objętości podwójnej niż ALH₃.

Mając ALH₃, i rozkładając kontrolę, można zwolnić pewną pożądaną ilość H₂ zawsze, gdy. Dlatego może być stosowane jako paliwo rakietowe i wszystkie te zastosowania energii, które mają na celu skorzystanie z spalania wodoru.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Aluminium wodorotu. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. National Center for Biotechnology Information. (2020). Aluminium wodorotu. Baza danych Pubchem., CID = 14488. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov
4. J. Graetz i in. (2011). Aluminiowy wodorek jako materiał do magazynowania wodoru i energii: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. Elsevier b.V.
5. Xu Bo i in. (2014). Przygotowanie i właściwości termiczne polimorfów wodordu studenckiego. doi.Org/10.1016/j.Próżnia.2013.05.009