NATRIUMBORHYDRID (NABH4): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Natriumborhydrid ist ein anorganischer Feststoff mit der chemischen Formel NaBH ₄ . Es kann als repräsentativ für die Alkaliborhydride angesehen werden und ist das häufigste davon. Es ist ein weißer kristalliner Feststoff.

Bei Kontakt mit Wasser kann NaBH ₄ Wärme und Wasserstoff H ₂ erzeugen , der brennbar ist. Daher muss mit Vorsicht umgegangen werden. Natriumborhydrid ist aufgrund seiner Leichtigkeit, mit der es H ^- Hydridionen erzeugen kann , eine mäßig reduzierende Verbindung, weshalb es in chemischen Reaktionen zu diesem Zweck weit verbreitet ist.

Natriumborhydrid, NaBH ₄ , fest. Ondřej Mangl. Quelle: Wikimedia Commons.

Seine reduzierende Eigenschaft wird auch in der Papierindustrie eingesetzt, da es die Helligkeits- und Stabilitätseigenschaften von Zellstoff und Papier verbessert, indem es der Oxidation von Cellulose, dem Hauptbestandteil von Papier, entgegenwirkt.

Da es in Gegenwart von Wasser leicht Wasserstoff bilden kann, wurde auch die Möglichkeit untersucht, es als reversible Wasserstoffquelle in Brennstoffzellen zu verwenden.

Es hat andere Verwendungszwecke, die alle auf seiner reduzierenden Eigenschaft beruhen, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie.

Struktur

Natriumborhydrid ist eine ionische Verbindung. Es wird durch das Borhydridanion gebildet ^- an das Natriumkation Na ⁺ .

Das Anion ^- ist tetraedrisch.

Struktur von Natriumborhydrid. Kemikungen. Quelle: Wikimedia Commons.

Seine Lewis-Struktur ist wie folgt:

Lewis elektronische Struktur von NaBH ₄ . Verfasser: Marilú Stea.

Nomenklatur

-Natriumborhydrid

-Natriumtetrahydroborat

-Natriumtetrahydruroborat

Physikalische Eigenschaften

Körperlicher Status

Kristalliner weißer Feststoff.

Molekulargewicht

37,84 g / mol

Selbstentzündungstemperatur

∼ 220 ºC

Zersetzungstemperatur

> 250 ºC

Dichte

1.074 g / cm ³ bei 20 ºC

Löslichkeit

NaBH ₄ ist in Wasser gut löslich (55 g / 100 ml bei 25 ° C), wo es teilweise hydrolysiert wird. Es ist in Tetrahydrofuran (THF) löslich und in Diethylether unlöslich.

Chemische Eigenschaften

Natriumborhydrid löst sich in Wasser, wo es anfänglich zersetzt oder hydrolysiert wird, wodurch die Lösung basisch wird und eine weitere Hydrolyse verhindert wird.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Dies wird erklärt, weil das ^- mit dem H ⁺ des Wassers interagiert , wobei das H ⁺ ein Hydridanion H ^- unter Bildung von H ₂ aufnimmt . Man kann sagen, dass BH ₃ mit H ⁺ um das Hydridion H ^- konkurriert .

In einem sauren Medium ist die Hydrolyse aufgrund der Fülle an H ⁺ -Ionen vollständig .

NaBH ₄ ist in trockener Luft stabil. Es ist nicht flüchtig.

Natriumborhydrid ist aufgrund seines Gehalts an Hydridionen eine reduzierende Verbindung. Es ermöglicht die Reduktion der Carbonylgruppe C = O zu C-OH, dh Carbonylverbindungen zu Alkoholen.

NaBH ₄ selbst reduziert nicht die C = C-Doppelbindungen, auch nicht die mit Carbonylgruppen konjugierten - C = CC (= O) -.

Bei Kontakt mit Protonensäuren (wie HCl) oder Lewis-Säuren (wie BCl ₃ oder AlCl ₃ ) entsteht jedoch Diboran B ₂ H ₆ . Und wenn diese Reaktion in Gegenwart von organischen Verbindungen mit C = C-Doppelbindungen durchgeführt wird, führt das Diboran B ₂ H ₆ die Hydroborierung dieser durch.

In Gegenwart geeigneter Katalysatoren und spezifischer Bedingungen kann Natriumborhydrid verschiedene Arten von funktionellen Gruppen reduzieren.

Risiken

Die Wärme der Hydrolysereaktion in Wasser reicht aus, um den darin gebildeten Wasserstoff zu entzünden. Daher ist beim Umgang damit Vorsicht geboten.

NaBH ₄ entzündet sich leicht und brennt leicht.

Erhalten

Die typische Herstellungsreaktion von NaBH ₄ ist mit Natriumhydrid NaH und B (OCH ₃ ) ₃ bei einer Temperatur von etwa 250 ° C:

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

Anwendungen

Bei der Reduktion chemischer Reaktionen

Als Quelle für H ^- Ionen ist NaBH ₄ eine reduzierende Verbindung und wird zur Herstellung anderer chemischer Verbindungen verwendet. Hierzu wird es in aprotischen polaren Lösungsmitteln verwendet, dh ohne H ⁺ -Protonen wie Dimethylsulfoxid, Hexamethylphosphoramid und Dimethylformamid.

Es wird als Reduktionsmittel sowohl bei organischen als auch bei anorganischen chemischen Reaktionen verwendet.

Es ermöglicht die Reduktion von Aldehyden zu primären Alkoholen und von Ketonen zu sekundären Alkoholen.

Es reduziert auch Alkylhalogenide zu Kohlenwasserstoffen wie Iododecan zu Decan, Bromoundecansäure zu Undecansäure und Chlordodecan zu Dodecan.

Wenn es alleine wirkt, beeinflusst die Reduktion andere funktionelle Gruppen wie Ester, Carbonsäure, Nitril und Sulfon nicht.

Seine Eigenschaft, C = C-Doppelbindungen nicht zu reduzieren, auch nicht solche, die mit Carbonylgruppen konjugiert sind - C = CC (= O) -, ermöglicht die Herstellung ungesättigter Alkohole -C = C-CH ₂ -OH.

Um nitrierte aromatische Verbindungen zu ihren entsprechenden Anilinen zu reduzieren, müssen Katalysatoren wie Kobalt oder Zinnchlorid vorhanden sein. Reduziert Disulfide zu Thiolen.

In Gegenwart geeigneter Bedingungen und Katalysatoren ermöglicht es die Reduktion von Carbonsäuren, Estern, Amiden, Nitrilen, Iminen, Epoxiden und sogar Doppel- und Dreifachbindungen.

Bei der Herstellung von H.

NaBH ₄ kann in eine Brennstoffzelle umgewandelt werden.

NaBH _{4 wird} in Gegenwart einer alkalischen KOH- oder NaOH-Lösung hydrolysiert und erzeugt Wasserstoff H ₂ , der als Brennstoff in einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle verwendet werden kann.

Es wurde auch als reversibles Speichermaterial für H _{2 untersucht} .

NaBH ₄ -Nanopartikel werden synthetisiert und mit einem Tensid stabilisiert. Nach der Behandlung mit NiCl ₂ bildet sich eine Schutzschicht oder -beschichtung, die die Freisetzung von H ₂ vollständig reversibel reguliert .

Dieses neue nanometrische Material würde die Verwendung von H ₂ als sauberen Kraftstoff ermöglichen, der auf erneuerbare Weise hergestellt wird.

Fahrzeug mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb. Dr. Artur Braun (Arturbraun). Quelle: Wikimedia Commons.

In der Zellstoff- und Papierindustrie

Natriumborhydrid wird verwendet, um den Glanz und andere physikalische Eigenschaften von Zellstoff und Papier zu verbessern.

Der Abbau der Cellulosematrix des Papiers erfolgt durch komplexe Prozesse, die eine Oxidation beinhalten. Hydroxylgruppen werden zu Carbonyl und Carboxyl oxidiert, was zu Verfärbungen des Papiers und einer Abnahme seiner physikalischen Eigenschaften führt.

Durch Behandeln des Zellstoffs oder Papiers mit NaBH ₄ werden Aldehyde und Ketone zu -OH-Gruppen reduziert, ohne die sauren Carbonsäuregruppen zu beeinflussen, wodurch die Stabilität und der Glanz bei höheren als den Anfangswerten verbessert werden.

NaBH ₄ verbessert den Glanz des Papiers. Autor: Rawpixel. Quelle: Pixabay.

In verschiedenen Anwendungen

Natriumborhydrid wird zur Behandlung von Abwasser als geschmacksverstärkendes Mittel in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, als Beschichtungsmittel und zur Oberflächenbehandlung bei der Tabakherstellung in der Pharma-, Textil- und Industrieindustrie verwendet. Leder.

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