Berylliumhydrid (BeH2) struktur, egenskaper og bruksområder

1264
Charles McCarthy

De berylliumhydrid Det er en kovalent forbindelse dannet mellom jordalkalimetallet beryllium og hydrogen. Den kjemiske formelen er BeHto, og å være kovalent, består den ikke av Be-ionerto+ ei heller H-. Det er sammen med LiH en av de letteste metallhydridene som kan syntetiseres.

Det er produsert ved behandling av dimetylberyllium, Be (CH3)to, med litiumaluminiumhydrid, LiAlH4. Imidlertid BeHto renere oppnås ved pyrolyse av di-tert-butylberyl, Be (C (CH3)3)to ved 210 ºC.

Kilde: Ben Mills [Public domain], fra Wikimedia Commons

Som et enkelt molekyl i gassform er det lineært i geometri, men i fast og flytende tilstand polymeriserer det i matriser av tredimensjonale nettverk. Det er et amorft fast stoff under normale forhold, og kan bli krystallinsk og utvise metalliske egenskaper under enormt trykk..

Det representerer en mulig metode for lagring av hydrogen, enten som en kilde til hydrogen ved nedbrytning, eller som en fast absorberende gass. Imidlertid BeHto det er veldig giftig og forurensende med tanke på berylliums meget polariserende natur.

Artikkelindeks

  • 1 Kjemisk struktur
    • 1.1 BeH2-molekyl
    • 1.2 BeH2-kjeder
    • 1.3 Tredimensjonale nettverk av BeH2
  • 2 eiendommer
    • 2.1 Kovalent karakter
    • 2.2 Kjemisk formel
    • 2.3 Fysisk utseende
    • 2.4 Løselighet i vann
    • 2.5 Løselighet
    • 2.6 Tetthet
    • 2.7 Reaktivitet
  • 3 bruksområder
  • 4 Referanser

Kjemisk struktur

BeH-molekylto

Det første bildet viser et enkelt molekyl av berylliumhydrid i gassform. Legg merke til at geometrien er lineær, med H-atomene atskilt fra hverandre med en vinkel på 180º. For å forklare denne geometrien må Be-atomet ha sp-hybridisering.

Beryllium har to valenselektroner, som er lokalisert i 2s orbital. I følge valensbindingsteorien blir en av elektronene i 2s-orbitalen energisk promotert til 2p-orbitalen; og som en konsekvens kan du nå danne to kovalente bindinger med de to sp hybrid orbitalene.

Og hva med resten av Be's gratis orbitaler? To andre rene, ikke-hybridiserte 2p-orbitaler er tilgjengelige. Med dem tomme, BeHto Det er en elektronmangel i gassform; og når disse molekylene avkjøles og klumper seg sammen, kondenserer de og krystalliserer seg til en polymer.

BeH-kjederto

Kilde: YourEyesOnly [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) eller CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], fra Wikimedia Commons

Når BeH-molekyleneto polymerisere, opphører den omkringliggende geometrien til Be-atomet å være lineær og blir tetrahedral.

Tidligere ble strukturen til denne polymeren modellert som om de var kjeder med BeH-enheterto forbundet med hydrogenbindinger (øvre bilde, med kulene i hvite og gråtoner). I motsetning til hydrogenbindinger av dipol-dipol-interaksjoner, har de en kovalent karakter.

I Be-H-Be-broen til polymeren fordeles to elektroner mellom de tre atomene (lenke 3c, 2e), som teoretisk burde være lokalisert med større sannsynlighet rundt hydrogenatomet (blir mer elektronegativ).

På den annen side klarer Be omgitt av fire H relativt å fylle sin elektroniske stilling, og fullføre valensoktet.

Her bleker valensbåndsteorien for å gi en relativt nøyaktig forklaring. Hvorfor? Fordi hydrogen bare kan ha to elektroner, og -H-bindingen vil innebære at fire elektroner deltar.

Dermed, for å forklare Be-H-broeneto-Be (to grå sfærer sammen med to hvite sfærer) andre komplekse modeller av bindingen er nødvendig, slik som de som er gitt av molekylær orbital teori.

Det har blitt funnet eksperimentelt at den polymere strukturen til BeHto egentlig ikke en kjede, men et tredimensjonalt nettverk.

Tredimensjonale nettverk av BeHto

Kilde: Ben Mills [Public domain], fra Wikimedia Commons

Det øvre bildet viser et snitt av det tredimensjonale nettverket til BeHto. Merk at de gulgrønne kulene, Be-atomene, danner en tetraeder som i kjeden; i denne strukturen er det imidlertid et større antall hydrogenbindinger, og dessuten er den strukturelle enheten ikke lenger BeHto men BeH4.

De samme strukturelle enhetene BeHto og BeH4 indikere at det er en større overflod av hydrogenatomer i nettverket (4 H-atomer for hver Be).

Dette betyr at beryllium i dette nettverket klarer å levere sin elektroniske ledighet enda mer enn innenfor en kjedelignende polymerstruktur..

Og som den mest åpenbare forskjellen i denne polymeren med hensyn til det individuelle BeH-molekyletto, er at Be må nødvendigvis ha en sp-hybridisering3 (vanligvis) for å forklare tetraedrale og ikke-lineære geometrier.

Eiendommer

Kovalent karakter

Hvorfor er berylliumhydrid en kovalent og ikke-ionisk forbindelse? Hydridene til de andre elementene i gruppe 2 (Mr. Becamgbara) er ioniske, det vil si at de består av faste stoffer dannet av et kation Mto+ og to hydridanioner H- (MgHto, CaHto, Bahto). Derfor er BeHto består ikke av Beto+ ei heller H- samhandler elektrostatisk.

Kationet Beto+ den er preget av sin høye polariserende kraft, som forvrenger de elektroniske skyene til de omkringliggende atomene.

Som et resultat av denne forvrengningen, anionene H- de blir tvunget til å danne kovalente bindinger; lenker, som er hjørnesteinen i de nettopp forklarte strukturene.

Kjemisk formel

BeHto eller (BeHto) n

Fysisk utseende

Fargeløst amorft fast stoff.

Vannløselighet

Det nedbrytes.

Løselighet

Uoppløselig i dietyleter og toluen.

Tetthet

0,65 g / cm3 (1,85 g / L). Den første verdien kan referere til gassfasen, og den andre til det polymere faste stoffet.

Reaktivitet

Reagerer sakte med vann, men blir raskt hydrolysert av HCl for å danne berylliumklorid, BeClto.

Berylliumhydrid reagerer med Lewis-baser, spesielt trimetylamin, N (CH3)3, for å danne et dimeraddukt, med brodannende hydrider.

Det kan også reagere med dimetylamin for å danne trimer berylliumdiamid, [Be (N (CH3)to)to]3 og hydrogen. Reaksjonen med litiumhydrid, hvor H ion- er Lewis-basen, danner sekvensielt LIBeH3 og LitoBeH4.

applikasjoner

Berylliumhydrid kan representere en lovende måte å lagre molekylært hydrogen på. Når polymeren brytes ned, vil den frigjøre Hto, som ville tjene som rakettdrivstoff. Fra denne tilnærmingen vil det tredimensjonale nettverket lagre mer hydrogen enn kjedene.

På samme måte, som det kan sees på bildet av nettverket, er det porer som gjør det mulig å huse H-molekylene.to.

Faktisk simulerer noen studier hvordan slik fysisk lagring vil se ut i BeHto krystallinsk; det vil si polymeren utsatt for enorme trykk, og hva ville være dens fysiske egenskaper med forskjellige mengder adsorbert hydrogen.

Referanser

  1. Wikipedia. (2017). Berylliumhydrid. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
  2. Armstrong, D.R., Jamieson, J. & Perkins, P.G. Teori. Chim. Acta (1979) De elektroniske strukturer av polymert berylliumhydrid og polymert borhydrid. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
  3. Kapittel 3: Berylliumhydrid og dets oligomerer. Gjenopprettet fra: shodhganga.inflibnet.ac.in
  4. Vikas Nayak, Suman Banger og U. P. Verma. (2014). Studie av strukturell og elektronisk oppførsel av BeHto som hydrogenlagringsforbindelse: En Ab Initio-tilnærming. Conference Papers in Science, vol. 2014, Artikkel-ID 807893, 5 sider. doi.org/10.1155/2014/807893
  5. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. I Elementene i gruppe 1. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.