Бороводні

Борово́дні, бора́ни — неорганічні сполуки бору та водню. Бороводні є сильними відновниками: їх похідні застосовують в якості ракетного палива та як ефективні відновники в органічному синтезі. Більшість сполук ряду є легкозаймистими та вибухонебезпечними сполуками, токсинами нервово-паралітичної дії. За деякими властивостями борани подібні до вуглеводнів та кремневоднів.

Фізичні властивості

Пентаборан

Сполуки ряду боранів, подібно до вуглеводнів, знаходяться у всіх трьох агрегатних станах: перші представники диборан В₂Н₆ та тетраборан В₄Н₁₀ є газами, сполуки від пентаборану В₅Н₉ до нонаборану В₉Н₁₅ — рідини, а сполуки вищі від декаборану є твердими речовинами.

Формула	tпл, °С	tкип. °С	Густина. г/см3	Теплота утворення, ккал/моль	Термічна стабільність	Реакція з повітрям	Реакція з Н2О
В2Н6	−165,5 °C	−92,5 °C	0,577 (тв., -183°C) 0,447 (р., -112°C)	+9,8 (газ)	Стаб. за t. 25 °C	Самозаймання	Миттєво гідролізується
В4Н10	−120,0 °C	18 °C	0,56 (р., -36°C)	+7,53 (газ)	Розкл. за t. 25 °C	Самозаймання в присутності води	Гідролізується 24 год
В5Н9	−46,81 °C	62 °C	0,61 (р., 0°C)	+10,240 (рідина) +17,5 (газ)	Стаб. при 25 °C	Самозаймання	Гідролізується при нагріванні
В5Н11	−123 °C	63 °C		+22,2(газ)	Повільно розкл. за t. 150 °C	Самозаймання	Гідролізується швидко
В6Н10	−62,3 °C	110 °C	0,69 (р., 0°C)	+19,6 (газ)	Розкл. за t. 25 °C	Стабільний	Гідролізується при нагріванні
В6Н12	−90 °C				Розкл. за t. 25 °C	Стабільний	Гідролізується при нагріванні
В9Н15	2,6 °C	°С			Розкл. за t. 25 °C	Стабільний	Гідролізується при нагріванні
В10Н14	98,78 °C	219 °C	0,94 (тв., 25°C), 0,78 (р., 100°C)	−6,9 (тв.) −1,7 (рідина) +11,3 (газ)	Стаб. за t. 150 °C	Дуже стабільний	Повільно гідролізується

Отримання

У 1912 році Альфред Шток при розчиненні в кислоті продукту взаємодії металевого магнію та оксид бору отримав газову суміш із характерним запахом. Йому вдалося виділити з суміші сполуки, яким він дав назву борани. Цей спосіб добування бороводнів не втратив свого значення і донині.

$\mathrm{6Mg + B_2O_3 \rightarrow Mg_3B_2 + 3MgO\!}$

$\mathrm{Mg_3B_2 + HCl \rightarrow B_xH_y + MgCl_2\!}$

Іншим важливим промисловим способом отримання бороводнів є спосіб запропонований Шлезінгером і Бургом. Він полягає в реакції трихлористого бору із воднем в дузі Вольта високої напруги. Отриманий в ній гідрохлороборан піддають диспропорціонуванню при охолоджуванні до кімнатної температури, і розділенню диборану і хлориду бору. Вихід диборану наближається до 55 %.

$\mathrm{BCl_3 + 2H_2 \rightarrow BH_2Cl + 2HCl\!}$

$\mathrm{3BH_2Cl \rightarrow B_2H_6 + BCl_3\!}$

Надалі Шлезінгер і Браун запропонували новий спосіб ефективного отримання бороводнів шляхом реакції обміну між борогідридом натрію і фторидом бору (у промислових масштабах використовують органічні похідні фториду бору):

$\mathrm{(C_2H_5)_2BF_3 + 3NaBH_4 \rightarrow 2B_2H_6 + 3NaBF_4 + 4 (C_2H_5)_2O\!}$

Вищі борани отримують переважно піролізом нижчих представників:

$\mathrm{5 B_2H_6 \xrightarrow{pyrolysis} B_{10}H_{14} + 8H_2\!}$

$\mathrm{2 B_5H_9 \xrightarrow{pyrolysis} B_{10}H_{14} + 2H_2\!}$

Хімічні властивості

Нижчі борани є нестійкими, легкоспалахуючими речовинами. На повітрі вони окиснюються до оксиду бору:

$\mathrm{2B_5H_9 + 12O_2 \rightarrow 5B_2O_3 + 9H_2O\!}$

Усі бороводні до декаборану нестійкі у водних розчинах, при контакті з водою утворюють боратну кислоту:

$\mathrm{B_4H_{10} + 12H_2O\rightarrow 4H_3BO_3\!}$

Борани легко взаємодіють з галогенами та галогенгідридами, утворюючи галогенпохідні:

$\mathrm{B_2H_6 + 6Cl_2 \rightarrow 2BCl_3 + 6HCl\!}$

$\mathrm{B_2H_6 + HCl \rightarrow B_2H_5Cl + H_2\!}$

Подібно до вуглеводнів похідні боранів беруть участь в реакціях збільшення ланцюга:

$\mathrm{6B_2H_5I + 2Na \rightarrow 5B_4H_{10} + 2NaI\!}$

Сполуки ряду бороводнів проявляють сильні кислотні властивості, вони можуть утворювати комплекси з осно́вними та металоорганічними сполуками:

$\mathrm{B_4H_{10} + 2NH_3 \rightarrow [H_2B(NH_3)_2]^{+}[B_3H_8]^{-} + H_2\!}$

$\mathrm{B_{10}H_{14} + C_4H_9Li \rightarrow Li [B_10H_13] + C_4H_{10}\!}$

Застосування

Широке використання бороводні знайшли в якості ракетного палива. Найбільший інтерес представляють диборан та пентаборан.

Токсичність і вогненебезпечність

Бороводні - отруйні речовини, що окрім загальнотоксичної складової мають також сильно виражену нервовопаралітічну дію на людину і тварин. Як вогненебезпечні речовини борани є сполуками з найвищою категорією вогненебезпечності і здатні до самозаймання не тільки на повітрі, але і при контактах з водою і рядом галогенпохідних вуглеводнів. При горінні їх на повітрі розвиваються високі температури.

Див. також

• Борогідриди
• Диборан
• Пентаборан
• Ракетне паливо
• Тетраборан

Джерела

• Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. p. 4.70. ISBN 0-8493-0486-5.
• Г. Реми. Курс неорганической химии: В 2 т. — М.: Изд. иностр. лит., 1963. — Т.1. — 919 с.
• Українська радянська енциклопедія. В 12-ти томах / За ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К.: Гол. редакція УРЕ, 1974-1985.

Це незавершена стаття про неорганічну сполуку. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.