Struttura di idruro di alluminio (ALH3), proprietà, usi

Lui Idruro di alluminio È un composto inorganico la cui formula chimica è alh₃. Sebbene sembri di natura semplice, in realtà è una sostanza un po 'intricata. A causa della luminosità cristallina che può verificarsi nel suo solido, di solito viene considerata un idruro ionico, formato da ioni al³⁺ e h^-.

Tuttavia, le sue proprietà dimostrano diversamente: è un solido polimerico, la cui rappresentazione più fedele sarebbe del tipo (Alh₃)_N, essendo N Il numero di unità monomeriche alh₃ che integrerebbe una catena o uno strato di vetro. Pertanto, l'ALH₃ È uno di quei polimeri che riesce ad adottare una struttura cristallina.

Struttura cristallina dell'idruro di alluminio. Fonte: Benjah-BMM27 / Dominio pubblico

L'idruro di alluminio non è solido con molta diffusione commerciale, quindi le immagini disponibili sono scarse. È particolarmente usato per la sintesi organica, dove funge da potente agente riducente. Occupa anche un posto speciale nell'avanzamento tecnologico dei materiali, essendo un'alternativa promettente per la conservazione dell'idrogeno.

Questo composto, chiamato anche Alano, mantiene una stretta relazione con il LIALH₄, i cui nomi sono in alluminio e idruro di litio, alanate di litio o tetraidroaluminazione. Sebbene abbia caratteristiche polimeriche e una metastabilità termica, si verifica in sette polimorfi con diverse morfologie cristalline.

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Struttura

Coordinazioni

Coordinamento ottaedrico dei cationi in alluminio nel cristallo Alh3. Fonte: Benjah-BMM27 / Dominio pubblico.

Indipendentemente dal polimorfo o dalla fase cristallina considerata, il coordinamento tra alluminio e atomi di idrogeno è costante. Nell'immagine superiore, ad esempio, come nella prima immagine, l'ottaedro di coordinamento per gli atomi di alluminio (sfera marrone) è mostrato nella prima immagine.

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Ogni atomo è circondato da sei ore, stabilendo sei collegamenti Al-H. Il modo in cui gli ottaedri sono orientati nello spazio farà la differenza strutturale tra un polimorfo e un altro.

D'altra parte, ogni atomo H è coordinato con due atomi AL, che stabilisce un legame al-H-al, che potrebbe essere giustificato da un collegamento di tipo 3C2E (3 centri-2 elettroni). Questo link è responsabile per l'adesione a diversi Octaedros alh₆ Durante tutto il cristallo di Alano.

Molecola isolata

L'Alh₃ È considerato polimerico a causa delle reti ALH₆ che integrano il vetro. Per isolare una singola molecola di Alano, è necessario applicare basse pressioni in un'atmosfera inerte di gas nobile. In questo modo, il polimero si rompe e rilascia molecole di alh₃ di geometria piatta trigonale (analogo a BH₃).

D'altra parte, è possibile diminuire due alh₃ formare a₂H₆, Come con il diborano, b₂H₆. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo, è richiesto l'uso di idrogeno solido, quindi potrebbe non avere un valore a lungo termine industriale o commerciale.

Polimorfi

L'Alano o Alh₃ È in grado di formare fino a sette polimorfi: α, α ', β, γ, Δ, ε e ζ, di cui α è il più stabile alle variazioni di temperatura. Α-alh₃ Si distingue per avere una morfologia cubica e una struttura cristallina esagonale. Tende ad essere il prodotto in cui gli altri polimorfi vengono trasformati quando soffrono di destabilizzazione termica.

La morfologia di γ-alh₃, D'altra parte, si distingue per essere di tipo aghi. Ecco perché l'ALH₃ Il solido può contenere una miscela di più di due polimorfi e presenti vari cristalli al microscopio.

Proprietà

Aspetto fisico

L'idruro di alluminio è un aspetto solido incolore o biancastro e cristallino con una tendenza a mostrare forme di ago.

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Massa molare

29.99 g/mol o 30 g/mol

Punto di fusione

150 ºC. Ma inizia a rompersi da 105 ° C.

Solubilità dell'acqua

Alto, quindi reagire con lei.

Solubilità

Insolubile nei solventi dietilé e apolari come benzene e pentan. Reagisce con alcoli e altri solventi polari.

Decomposizione

L'Alh₃ È suscettibile alla decomposizione a velocità diverse a seconda delle condizioni esterne, della morfologia e della stabilità termica dei loro cristalli o dell'uso di catalizzatori. Quando lo fa, rilascia idrogeno e si trasforma in alluminio metallico:

2alh₃ → 2al + 3h₂

In effetti, questa decomposizione piuttosto che essere un problema, rappresenta uno dei motivi per cui l'Alano è considerato interessante nello sviluppo di nuove tecnologie energetiche.

Formazione dell'addotto

Quando l'Alh₃ Non reagisce con il solvente irreversibile, stabilisce un addotto con esso, cioè un tipo di complesso. Ad esempio, puoi formare un complesso con trimetilammina, Alh₃· 2n (Cho₃)₃, Con il tetraidrofurano, alh₃· THF, o con dietileter, alh₃· ET₂O. Quest'ultimo era il più noto quando la sintesi o l'ottenimento dell'Alano fu introdotta nel 1947.

Ottenimento

Le prime apparizioni dell'Alh₃ Tornano al 1942 e al 1947, essendo l'ultimo anno quando la sua sintesi è stata presentata usando Lialh₄ In un mezzo dietilico:

3Lialh₄ + Alcl₃+ NET₂O → 4alh₃ · NET₂O + 3licl

La soluzione eterea, alh₃ · NET₂Oppure, ha dovuto sottomettersi a Discer, allo scopo di eliminare l'ET₂Oppure ottieni Alh₃ puro. Oltre a questo problema, il LICL dovrebbe essere eliminato dal mezzo dei prodotti.

Pertanto, dal 1950 al 1977, la nuova sintesi è stata progettata per ottenere migliori rendimenti ALH₃, così come solidi più puri e migliori proprietà termiche e morfologiche. Modifica degli importi, dei passaggi e degli strumenti utilizzati, è possibile favorire l'ottenimento di un polimorfo sopra l'altro. Tuttavia, α-alh₃ Di solito è il prodotto di maggioranza.

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Altri metodi di sintesi consistono nel utilizzare l'elettrochimica. Per fare questo, vengono utilizzati un anodo in alluminio e un catodo platino. Nell'anodo passa la seguente reazione:

3alh₄^- + Al³⁺ + NThf → 4alh₃ · NTHF + 3E^-

Mentre si ottiene il sodio metallico del catodo. Quindi l'Alh₃ · NTHF subisce anche un disillowing per eliminare il THF e infine ottenere l'ALH₃.

Applicazioni

Agente riducente

L'Alh₃ Serve a ridurre alcuni gruppi funzionali di composti organici come acidi carbossilici, chetoni, aldeidi ed esteri. Praticamente, quello che fa è aggiungere idrogeni. Ad esempio, uno SER può essere ridotto a un alcol in presenza di un gruppo nitro:

Riduzione di un SER con idruro di alluminio. Fonte: Ginger / Public Domain.

Serbatoio di idrogeno

L'idruro di alluminio rappresenta un'alternativa per fungere da serbatoio di idrogeno, e quindi, per poterlo rinunciare a portabile in dispositivi che funzionano con batterie a idrogeno. I volumi ottenuti da H₂ corrispondere a un volume maggiore di doppio di Alh₃.

Avere l'Alh₃, e decomponendolo controllato, può essere rilasciata una certa quantità desiderabile di h₂ ogni volta. Pertanto, potrebbe essere usato come combustibile a razzo e tutte quelle applicazioni energetiche che cercano di sfruttare la combustione dell'idrogeno.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (quarta edizione). Mc Graw Hill.
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3. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2020). Aluminio idruro. Database PubChem., CID = 14488. Recuperato da: pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Gov
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5. Xu Bo et al. (2014). Preparazione e proprietà termiche dei polimorfi dell'idruro studentesco. doi.org/10.1016/j.Vuoto.2013.05.009