NATRI BOROHYDRIDE (NABH4): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2025

Các Bohiđrua natri là một chất vô cơ rắn với công thức hóa học NaBH ₄ . Nó có thể được coi là đại diện của các borohydrid kiềm và là loại phổ biến nhất trong số này. Nó là một chất rắn kết tinh màu trắng.

Khi tiếp xúc với nước, NaBH ₄ có thể sinh nhiệt và hydro H ₂ là chất dễ cháy, vì vậy cần phải xử lý cẩn thận. Do dễ dàng tạo ra các ion H ^- hydrua , natri borohydride là một hợp chất có tính khử vừa phải, đó là lý do tại sao nó được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng hóa học cho mục đích này.

Natri borohydrid, NaBH ₄ , rắn. Ondřej Mangl. Nguồn: Wikimedia Commons.

Tính chất khử của nó cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy, vì nó cải thiện độ sáng và đặc tính ổn định của bột giấy và giấy bằng cách hoạt động chống lại quá trình oxy hóa của xenlulo, thành phần chính của giấy.

Vì nó có thể dễ dàng tạo thành hydro khi có nước, nên khả năng sử dụng nó như một nguồn hydro có thể đảo ngược trong pin nhiên liệu cũng đã được nghiên cứu.

Nó có các ứng dụng khác dựa trên đặc tính khử của nó, chẳng hạn như trong ngành dược phẩm.

Kết cấu

Natri borohydride là một hợp chất ion. Nó được hình thành bởi anion borohydride ^- gắn với cation natri Na ⁺ .

Các anion ^- là tứ diện.

Cấu trúc của natri borohydrid. Kemikungen. Nguồn: Wikimedia Commons.

Cấu trúc Lewis của nó như sau:

Cấu trúc điện tử Lewis của NaBH ₄ . Tác giả: Marilú Stea.

Danh pháp

-Sodium borohydride

-Sodium tetrahydroborate

-Sodium tetrahydruroborate

Tính chất vật lý

Tình trạng thể chất

Chất rắn màu trắng kết tinh.

Trọng lượng phân tử

37,84 g / mol

Nhiệt độ tự bốc cháy

∼ 220 ºC

nhiệt độ phân hủy

> 250 ºC

Tỉ trọng

1,074 g / cm ³ ở 20 ºC

Độ hòa tan

NaBH ₄ khá hòa tan trong nước (55 g / 100mL ở 25ºC), nơi nó bị thủy phân một phần. Nó hòa tan trong tetrahydrofuran (THF) và không hòa tan trong dietyl ete.

Tính chất hóa học

Natri borohydrid hòa tan trong nước, nơi nó trải qua quá trình phân hủy hoặc thủy phân ban đầu làm cho dung dịch trở nên cơ bản, ngăn cản quá trình thủy phân tiếp theo.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Điều này được giải thích là do ^- tương tác với H ⁺ của nước, nơi H ⁺ lấy anion hiđrua H ^- để tạo thành H ₂ . Có thể nói BH ₃ cạnh tranh với H ⁺ để tạo ra ion hiđrua H ^- .

Trong môi trường axit, sự thủy phân hoàn toàn do có nhiều ion H ⁺ .

NaBH ₄ bền trong không khí khô. Nó không dễ bay hơi.

Do nội dung của nó là các ion hydrua, natri borohydride là một hợp chất khử. Nó cho phép khử nhóm cacbonyl C = O thành C-OH, tức là các hợp chất cacbonyl thành rượu.

Bản thân NaBH ₄ không khử liên kết đôi C = C, thậm chí không khử liên kết đôi với nhóm cacbonyl –C = CC (= O) -.

Tuy nhiên, khi tiếp xúc với axit proton (như HCl) hoặc axit Lewis (như BCl ₃ hoặc AlCl ₃ ), diborane B ₂ H _{6 được hình thành} . Và nếu phản ứng này được thực hiện với sự có mặt của các hợp chất hữu cơ có liên kết đôi C = C, thì diborane B ₂ H _{6 sẽ} thực hiện quá trình hydro hóa chúng.

Trong điều kiện có mặt chất xúc tác thích hợp và điều kiện cụ thể, natri borohydrid có thể khử các loại nhóm chức khác nhau.

Rủi ro

Nhiệt của phản ứng thủy phân trong nước đủ để đốt cháy hydro được tạo thành trong đó. Vì vậy, điều quan trọng là phải thận trọng khi xử lý nó.

NaBH ₄ dễ bắt lửa và dễ cháy.

Thu được

Phản ứng điều chế điển hình của NaBH ₄ là với natri hiđrua NaH và B (OCH ₃ ) ₃ ở nhiệt độ khoảng 250 ºC:

4 NaH + B (OCH ₃ ) ₃ → NaBH ₄ + 3 NaOCH ₃

Các ứng dụng

Trong phản ứng hóa học khử

Là một nguồn ion H ^- , NaBH ₄ là một hợp chất khử và được sử dụng để điều chế các hợp chất hóa học khác. Vì vậy, nó được sử dụng trong các dung môi phân cực aprotic, tức là, không có proton H ⁺ , chẳng hạn như dimethylsulfoxide, hexamethylphosphoramide và dimethylformamide.

Nó được sử dụng như một chất khử trong cả phản ứng hóa học hữu cơ và vô cơ.

Nó cho phép khử andehit thành rượu chính và xeton thành rượu thứ cấp.

Nó cũng khử alkyl halogenua thành hydrocacbon như iododecan thành decan, axit bromoundecanoic thành axit undecanoic, và clorododecan thành dodecan.

Nếu chỉ tác dụng một mình thì sự khử không ảnh hưởng đến các nhóm chức khác như este, axit cacboxylic, nitrile và sulfone.

Tính chất không khử liên kết đôi C = C, thậm chí không liên kết với nhóm cacbonyl –C = CC (= O) - nên có thể điều chế rượu không no -C = C-CH ₂ -OH.

Để khử các hợp chất thơm nitrat hóa thành các anilin tương ứng của chúng, cần có sự hiện diện của các chất xúc tác như coban hoặc thiếc clorua. Khử disulfua thành thiols.

Trong điều kiện và chất xúc tác thích hợp, nó cho phép khử các axit cacboxylic, este, amit, nitril, imin, epoxit và thậm chí cả liên kết đôi và ba.

Trong quá trình sản xuất H

NaBH ₄ có thể được chuyển đổi thành pin nhiên liệu.

NaBH ₄ với sự có mặt của dung dịch KOH hoặc NaOH kiềm bị thủy phân và tạo ra hydro H ₂ có thể được sử dụng làm nhiên liệu trong pin nhiên liệu điện phân cao phân tử.

Nó cũng đã được nghiên cứu như một vật liệu lưu trữ có thể đảo ngược cho H ₂ .

Các hạt nano NaBH ₄ được tổng hợp và ổn định bằng chất hoạt động bề mặt. Sau khi xử lý bằng NiCl ₂ , một lớp bảo vệ hoặc lớp phủ được hình thành để điều chỉnh sự giải phóng H ₂ theo cách hoàn toàn thuận nghịch.

Vật liệu nano mới này sẽ cho phép sử dụng H ₂ làm nhiên liệu sạch được sản xuất theo cách tái tạo.

Xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro. Tiến sĩ Artur Braun (Arturbraun). Nguồn: Wikimedia Commons.

Trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy

Natri borohydride được sử dụng để cải thiện độ bóng và các tính chất vật lý khác của bột giấy và giấy.

Sự xuống cấp của nền xenluloza của giấy xảy ra thông qua các quá trình phức tạp liên quan đến quá trình oxy hóa. Nhóm hydroxyl bị oxy hóa thành cacbonyl và cacboxyl, điều này dẫn đến sự đổi màu của giấy và làm giảm tính chất vật lý của nó.

Bằng cách xử lý bột giấy hoặc giấy với NaBH ₄ , nó làm giảm andehit và xeton thành nhóm -OH mà không ảnh hưởng đến nhóm axit cacboxylic, cải thiện độ ổn định và độ bóng ở mức cao hơn giá trị ban đầu.

NaBH ₄ cải thiện độ bóng của giấy. Tác giả: Rawpixel. Nguồn: Pixabay.

Trong các mục đích sử dụng khác nhau

Natri borohydride được sử dụng để xử lý nước thải, làm chất tăng hương vị trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, làm chất phủ và xử lý bề mặt, trong sản xuất thuốc lá, trong ngành dược phẩm, dệt và công nghiệp. Da.

Người giới thiệu

1. Christian, ML và Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Chiến lược Core-Shell dẫn đến khả năng lưu trữ hydro có thể đảo ngược cao cho NaBH ₄ . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Đã khôi phục từ pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, MV và Alves V., TR (2006). Các phương pháp luận gần đây được thực hiện qua trung gian natri borohydrid trong việc khử các nhóm hợp chất khác nhau. Ứng dụng Organometal. Chèm, năm 2006; 20: 798-810. Được khôi phục từ onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Giảm bớt. Natri Borohydrid. Trong Tổng hợp Hữu cơ Toàn diện. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Tang, LC (1986) Ổn định giấy thông qua xử lý natri Borohydride. Trong Lịch sử Dệt may và Vật liệu Giấy. Chương 24. Trang 427-441. Những tiến bộ trong Hóa học, Tập 212. Được khôi phục từ pubs.acs.org.
5. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. Ấn bản thứ tư. John Wiley và các con trai.
6. Morrison, Robert Thornton; và Boyd, Robert Neilson. 1992. Hóa học hữu cơ. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ. (2019). Natri borohydrid. Đã khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.