Βιολογική χημική δομή, ιδιότητες και χρήσεις υδριδίου του βηρυλλίου (BeH2)

Το βηρυλλιούχο υδρίδιο είναι μια ομοιοπολική ένωση που σχηματίζεται μεταξύ του βηρυλλίου μετάλλου αλκαλικής γαίας και του υδρογόνου. Η χημική του σύνθεση είναι η BeH₂, και είναι ομοιοπολική, δεν αποτελείται από ιόν Be²⁺ ούτε H^-. Είναι, μαζί με το LiH, ένα από τα ελαφρύτερα μεταλλικά υδρίδια ικανά να συντίθενται.

Παράγεται με την κατεργασία του διμεθυλερυλίου, του Be (CH₃)₂, με υδρίδιο λιθίου αργιλίου, LiAIH₄. Ωστόσο, η BeH₂ Το καθαρότερο λαμβάνεται από την πυρόλυση του δι-τριτ-βουτυλερυλλίου, Be (C (CH₃)₃)₂ στους 210 ºC.

Ως μεμονωμένο μόριο σε αέρια κατάσταση, είναι γραμμικό σε γεωμετρία, αλλά στην στερεή και υγρή κατάσταση πολυμερίζεται σε συστοιχίες τρισδιάστατων δικτύων. Είναι ένα άμορφο στερεό υπό κανονικές συνθήκες και μπορεί να γίνει κρυσταλλικό και να παρουσιάσει μεταλλικές ιδιότητες υπό τεράστια πίεση.

Αντιπροσωπεύει μια πιθανή μέθοδο αποθήκευσης υδρογόνου, είτε ως πηγή υδρογόνου κατά την αποσύνθεση, είτε ως στερεό απορροφητικό αέριο. Ωστόσο, η BeH₂ Είναι πολύ τοξικό και ρυπογόνο, δεδομένης της ιδιαίτερα πολωτικής φύσης του βηρυλλίου.

Ευρετήριο

• 1 Χημική δομή
  • 1.1 Μόριο BeH2
  • 1.2 Αλυσίδες του BeH2
  • 1.3 Τρισδιάστατα δίκτυα BeH2
• 2 Ιδιότητες
  • 2.1 Ομοιογενής χαρακτήρας
  • 2.2 Χημικός τύπος
  • 2.3 Φυσική εμφάνιση
  • 2.4 Διαλυτότητα στο νερό
  • 2.5 Διαλυτότητα
  • 2.6 Πυκνότητα
  • 2.7 Δραστικότητα
• 3 Χρήσεις
• 4 Αναφορές

Χημική δομή

BeH μόριο₂

Στην πρώτη εικόνα, μπορεί να φανεί ένα μεμονωμένο μόριο υδριδίου βηρυλλίου στην αέρια κατάσταση. Σημειώστε ότι η γεωμετρία του είναι γραμμική, με τα άτομα Η διαχωρισμένα μεταξύ τους κατά γωνία 180º. Για να εξηγήσουμε αυτή τη γεωμετρία, το άτομο Be πρέπει να έχει υβ υβριδισμό.

Το βηρύλλιο έχει δύο ηλεκτρόνια σθένους, τα οποία βρίσκονται στην τροχιά του 2ου. Σύμφωνα με τη θεωρία του δεσμού σθένους, ένα από τα ηλεκτρόνια του τροχιακού 2s προωθείται ενεργά στο τροχιακό 2p. και ως εκ τούτου, μπορεί τώρα να σχηματίσει δύο ομοιοπολικούς δεσμούς με τα δυο υβριδικά τροχιακά.

Και τι γίνεται με τις υπόλοιπες ελεύθερες τροχιές του Be; Δύο άλλα καθαρά 2ρ τροχιακά είναι διαθέσιμα, μη υβριδοποιημένα. Με τους άδειους, το BeH₂ είναι μια ανεπαρκής ένωση ηλεκτρονίων σε αέρια μορφή. και επομένως, με ψύξη και ομαδοποίηση των μορίων τους, συμπυκνώνονται και κρυσταλλώνουν σε ένα πολυμερές.

Αλυσίδες BeH₂

Όταν τα μόρια BeH₂ πολυμερισμού, η περιβάλλουσα γεωμετρία του ατόμου Be παύει να είναι γραμμική και γίνεται τετραεδρική.

Προηγουμένως, η δομή αυτού του πολυμερούς μοντελοποιήθηκε σαν να ήταν αλυσίδες με μονάδες BeH₂ που συνδέονται με γέφυρες υδρογόνου (κορυφαία εικόνα, με σφαίρες σε λευκούς και γκρι τόνους). Σε αντίθεση με τους δεσμούς υδρογόνου των αλληλεπιδράσεων δίπολο-διπόλης, έχουν ομοιοπολικό χαρακτήρα.

Στη γέφυρα Be-H-Be του πολυμερούς, δύο ηλεκτρόνια κατανέμονται μεταξύ των τριών ατόμων (σύνδεσμος 3c, 2ε), η οποία θεωρητικά πρέπει να βρίσκεται πιο πιθανό γύρω από το άτομο υδρογόνου (επειδή είναι πιο ηλεκτροαρνητική).

Από την άλλη πλευρά, το Be be surrounded by four H καταφέρνει να γεμίσει σχετικά την ηλεκτρονική κενή θέση του, συμπληρώνοντας το octet σθένος του.

Εδώ η θεωρία του δεσμού σθένους παραμορφώνεται για να δώσει μια σχετικά ακριβή εξήγηση. Γιατί; Επειδή το υδρογόνο μπορεί να έχει μόνο δύο ηλεκτρόνια και ο δεσμός -Η θα περιλαμβάνει τη συμμετοχή τεσσάρων ηλεκτρονίων.

Έτσι, για να εξηγήσουμε τις γέφυρες Be-H₂-Το Be (δύο γκρίζες σφαίρες που συνδέονται με δύο λευκές σφαίρες) χρειάζονται άλλα πολύπλοκα μοντέλα του δεσμού, όπως αυτά που παρέχονται από τη θεωρία των μοριακών τροχιακών.

Έχει βρεθεί πειραματικά ότι η πολυμερής δομή BeH₂ Δεν είναι πραγματικά μια αλυσίδα, αλλά ένα τρισδιάστατο δίκτυο.

Τρισδιάστατα δίκτυα BeH₂

Η επάνω εικόνα δείχνει ένα τμήμα του τρισδιάστατου δικτύου BeH₂. Σημειώστε ότι οι κιτρινωπό πράσινες σφαίρες, τα άτομα του Be, σχηματίζουν ένα τετράεδρο όπως στην αλυσίδα. Ωστόσο, σε αυτή τη δομή υπάρχει μεγαλύτερος αριθμός γεφυρών υδρογόνου, και επιπλέον, η δομική μονάδα δεν είναι πλέον η BeH₂ αλλά η BeH₄.

Οι ίδιες δομικές μονάδες BeH₂ και BeH₄ δείχνουν ότι στο δίκτυο υπάρχει μεγαλύτερη αφθονία ατόμων υδρογόνου (4 άτομα Η για κάθε Be).

Αυτό σημαίνει ότι το βηρύλλιο μέσα σε αυτό το δίκτυο καταφέρνει να γεμίσει την ηλεκτρονική του κενή θέση ακόμη περισσότερο από μέσα σε μια δομή πολυμερούς τύπου αλυσίδας..

Και ως η πλέον προφανής διαφορά αυτού του πολυμερούς σε σχέση με το μεμονωμένο μόριο BeH₂, είναι ότι το Be πρέπει απαραίτητα να έχει υβ υβριδισμό³ (Συνήθως) για να εξηγήσουμε τις τετραεδρικές και τις μη γραμμικές γεωμετρίες.

Ιδιότητες

Ομοιογενής χαρακτήρας

Γιατί το υδρίδιο του βηρυλλίου είναι μια ομοιοπολική και μη ιοντική ένωση; Τα υδρίδια των άλλων στοιχείων της ομάδας 2 (ο κ. Becamgbara) είναι ιοντικά, δηλαδή αποτελούνται από στερεά που σχηματίζονται από ένα κατιόν Μ.²⁺ και δύο ανιόντα υδριδίου Η^- (MgH₂, CaH₂, BaH₂). Ως εκ τούτου, η BeH₂ Δεν αποτελείται από Be²⁺ ούτε H^- αλληλεπιδρώντας ηλεκτροστατικά.

Το κατιόν Be²⁺ χαρακτηρίζεται από την υψηλή πολωτική της δύναμη, η οποία παραμορφώνει τα ηλεκτρονικά σύννεφα των γύρω ατόμων.

Ως αποτέλεσμα αυτής της παραμόρφωσης, τα Η ανιόντα^- αναγκάζονται να σχηματίσουν ομοιοπολικούς δεσμούς. συνδέσεις, οι οποίες είναι ο ακρογωνιαίος λίθος των δομών που εξηγείται μόλις.

Χημικός τύπος

BeH₂ ή (BeH₂) n

Φυσική εμφάνιση

Άχρωμο άμορφο στερεό.

Διαλυτότητα στο νερό

Σπάει.

Διαλυτότητα

Αδιάλυτο σε διαιθυλαιθέρα και τολουόλιο.

Πυκνότητα

0,65 g / cm3 (1,85 g / L). Η πρώτη τιμή μπορεί να αναφέρεται στην αέρια φάση και η δεύτερη στο πολυμερές στερεό.

Δραστικότητα

Αντιδρά αργά με νερό, αλλά υδρολύεται ταχέως με HCl για να σχηματίσει χλωριούχο βηρύλλιο, BeCl₂.

Το υδρίδιο του βηρυλλίου αντιδρά με βάσεις Lewis, συγκεκριμένα τριμεθυλαμίνη, Ν (CH)₃)₃, για να σχηματίσει ένα διμερές προϊόν προσθήκης, με υδρίδια γέφυρας.

Επίσης, μπορεί να αντιδράσει με διμεθυλαμίνη για να σχηματίσει ένα τριμερές διαμίδιο βηρυλλίου, [Be (Ν (CH₃)₂)₂]₃ και υδρογόνο. Η αντίδραση με υδρίδιο του λιθίου, όπου το ιόν Η^- είναι η βάση του Lewis, σχηματίζουν διαδοχικά LIBeH₃ και Λι₂BeH₄.

Χρησιμοποιεί

Το υδρίδιο του βηρυλλίου μπορεί να αποτελεί έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο αποθήκευσης του μοριακού υδρογόνου. Με την αποσύνθεση του πολυμερούς, απελευθερώνει το Η₂, που θα χρησίμευε ως καύσιμο πυραύλων. Από αυτή την προσέγγιση, το τρισδιάστατο δίκτυο θα αποθηκεύει περισσότερο υδρογόνο από τις αλυσίδες.

Επίσης, όπως φαίνεται στην εικόνα του δικτύου, υπάρχουν πόροι που θα επιτρέψουν την υποδοχή των μορίων Η.₂.

Στην πραγματικότητα, μερικές μελέτες προσομοιώνουν ποια φυσική αποθήκευση θα ήταν όπως στην BeH₂ κρυσταλλική δηλαδή το πολυμερές υποβλήθηκε σε τεράστιες πιέσεις και ποιες θα ήταν οι φυσικές του ιδιότητες με προσροφημένες διαφορετικές ποσότητες υδρογόνου.

Αναφορές

1. Wikipedia. (2017). Υδρίδιο του βηρυλλίου. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
2. Armstrong, D.R., Jamieson, J. & Perkins, Ρ.Ο. Theoret. Chim. Acta (1979) Οι ηλεκτρονικές δομές του πολυμερικού υδριδίου του βηρυλλίου και του πολυμερικού υδριδίου του βορίου. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
3. Κεφάλαιο 3: Υδρίδιο του βηρυλλίου και τα ολιγομερή του. Ανακτήθηκε από: shodhganga.inflibnet.ac.in
4. Vikas Nayak, Suman Banger και U. P. Verma. (2014). Μελέτη Δομικής και Ηλεκτρονικής Συμπεριφοράς της BeH₂ ως ένωση αποθήκευσης υδρογόνου: προσέγγιση Ab Initio. Conference Papers in Science, vol. 2014, ID αρ. 807893, 5 σελίδες. doi.org/10.1155/2014/807893
5. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία Στα στοιχεία της ομάδας 1 (τέταρτη έκδοση). Mc Graw Hill.