Λιθιοβοριοϋδρίδιο

Λιθιοβοριοϋδρίδιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Τετραϋδροβοριούχο λίθιο
Άλλες ονομασίες	Λιθιοβοριοϋδρίδιο Υδρίδιο λιθίου-βορίου Υδροβοριούχο λίθιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	LiBH4
Μοριακή μάζα	21,784 ± 0,009 amu
Αριθμός CAS	16949-15-8
SMILES	[Li+].[BH4-]
InChI	1S/BH4.Li/h1H4;/q-1;+1
Αριθμός RTECS	ED2725000
PubChem CID	4148881
ChemSpider ID	55732
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	275 °C
Σημείο βρασμού	380 °C (μみゅーεいぷしろん διάσπαση)
Πυκνότητα	666 kg/m3
Διαλυτότητα σしぐまτたうοおみくろん νερό	Αντιδρά
Διαλυτότητα σしぐまεいぷしろん άλλους διαλύτες	25 kg/m3 Et2O
Εμφάνιση	Λευκό στερεό
Χημικές ιδιότητες
Σημείο αυτανάφλεξης	268 °C
Επικινδυνότητα
Τοξικό (T) Εύφλεκτο (F) Διαβρωτικό (C)
Φράσεις κινδύνου	14/15, 23/24/25, 34
Φράσεις ασφαλείας	26, 36/37/39, 43, 45
LD50	87,8 mg/kg
Εκτός αあるふぁνにゅー σημειώνεται διαφορετικά, τたうαあるふぁ δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο (αγγλικά: lithium borohydride) είναι ανόργανη χημική ένωση, πぱいοおみくろんυうぷしろん περιέχει λίθιο (Li), βόριο (B) κかっぱαあるふぁιいおた υδρογόνο (H), μみゅーεいぷしろん τύπο LiBH₄. Ανήκει σしぐまτたうαあるふぁ τετραϋδροβοριούχα (BH₄^-) άλατα κかっぱαあるふぁιいおた είναι από τたうαあるふぁ «γνωστά» αναγωγικά μέσα, κかっぱαあるふぁιいおた χρησιμοποιείται (κυρίως) από τたうηいーたνにゅー Οργανική Χημεία, γがんまιいおたαあるふぁ αναγωγή εστέρων (RCO₂R). Αあるふぁνにゅー κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた χρήση τたうοおみくろんυうぷしろん είναι λιγότερο συνηθισμένη, σしぐまεいぷしろん σύγκριση μみゅーεいぷしろん τたうηいーた χρήση τたうοおみくろんυうぷしろん νατριοβοριοϋδρίδιου (NaBH₄), τたうοおみくろん κατιόν τたうοおみくろんυうぷしろん λιθίου (Li⁺), πぱいοおみくろんυうぷしろん περιέχει, προσφέρει ορισμένα πλεονεκτήματα: Έχει υψηλότερη διαλυτότητα στους αιθέρες (ROR), είναι ισχυρότερο αναγωγικό μέσο (σしぐまεいぷしろん σύγκριση πάντα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん νατριοβοριοϋδρίδιο) κかっぱαあるふぁιいおた ταυτόχρονα ασφαλέστερο από τたうοおみくろん λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄), πぱいοおみくろんυうぷしろん είναι όμως, επίσης, πぱいιいおたοおみくろん διαδεδομένο σしぐまτたうηいーた χρήση.

Δομή

Παραγωγή

1. Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο μπορεί νにゅーαあるふぁ παραχθεί μみゅーεいぷしろん αντίδραση διπλής αντικατάστασης από νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH₄) κかっぱαあるふぁιいおた βρωμιούχο λίθιο (LiBr), διαλυμένα σしぐまεいぷしろん άνυδρο διαιθυλαιθέρα (|Et₂O|) ή σしぐまεいぷしろん τετραϋδροφουράνιο (THF):

$\mathrm {NaBH_{4}+LiBr{\xrightarrow {|Et_{2}O|\;{\acute {\eta }}\;THF}}LiBH_{4}+NaBr}$

2. Εναλλακτικά, μπορεί νにゅーαあるふぁ παραχθεί μみゅーεいぷしろん επίδραση υδριδίου τたうοおみくろんυうぷしろん λιθίου (LiH) σしぐまεいぷしろん τριφθοριούχο βόριο (BF₃), διαλυμένα σしぐまεいぷしろん διαιθυλαιθέρα:

$\mathrm {BF_{3}+4LiH{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}LiBH_{4}+3LiF}$

Σしぐまτたうηいーたνにゅー πραγματικότητα, υπό τις παραπάνω συνθήκες παράγεται ενδιάμεσα διβοράνιο(6), τたうοおみくろん οποίο μみゅーεいぷしろん τたうηいーた σειρά τたうοおみくろんυうぷしろん αντιδρά σしぐまτたうηいーた συνέχεια μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん υδρίδιο τたうοおみくろんυうぷしろん λιθίου πぱいοおみくろんυうぷしろん περίσσεψε κかっぱαあるふぁιいおた έτσι παράγεται τελικά λιθιοβοριοϋδρίδιο:

$\mathrm {2BF_{3}+6LiH{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}B_{2}H_{6}+6LiF}$

κかっぱαあるふぁιいおた

$\mathrm {B_{2}H_{6}+2LiH{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}2LiBH_{4}}$

Ηいーた πρόσθεση κατά μέλη τたうωおめがνにゅー δύο (2) παραπάνω στοιχειομετρικών εξισώσεων δίνει τたうηいーたνにゅー παραπάνω συνολική, πぱいοおみくろんυうぷしろん δείχνει (πλασματικά) τたうηいーたνにゅー άμεση παραγωγή λιθιοβοριοϋδρίδιο από τριφθοριούχο βόριο κかっぱαあるふぁιいおた υδρίδιο τたうοおみくろんυうぷしろん λιθίου.
3. Ηいーた ολική σύνθεση τたうοおみくろんυうぷしろん λιθιοβοριοϋδριδίου από τたうαあるふぁ συστατικά τたうοおみくろんυうぷしろん χημικά στοιχεία, δηλαδή από μεταλλικό λίθιο, (στοιχειακό) βόριο κかっぱαあるふぁιいおた διυδρογόνο (H₂), είναι δυνατή αλλά είναι ασύμφορη, γιατί απαιτεί ακραίες συνθήκες, κかっぱαあるふぁιいおた πぱいιいおたοおみくろん συγκεκριμένο υδρογόνο υπό 150 atm πίεση κかっぱαあるふぁιいおた θερμοκρασία 650 °C:

$\mathrm {Li+B+2H_{2}{\xrightarrow[{150\;atm}]{650^{o}C}}LiBH_{4}}$

Χαρακτηριστικά κかっぱαあるふぁιいおた χημική συμπεριφορά

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο (στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος) είναι ένα εύφλεκτο, υγροσκοπικό κかっぱαあるふぁιいおた λευκόγκριζο στερεό.

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο υφίσταται θερμική διάσπαση σしぐまεいぷしろん θερμοκρασία άνω τたうωおめがνにゅー 278 °C:

$\mathrm {2LiBH_{4}{\xrightarrow {>278^{o}C}}2LiH+2B+3H_{2}\uparrow }$

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο είναι αναγωγικό μέσο, γがんまιいおたαあるふぁ ανόργανες κかっぱαあるふぁιいおた οργανικές ουσίες.

Υδρολύεται μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー επαφή τたうοおみくろんυうぷしろん μみゅーεいぷしろん νερό ή κかっぱαあるふぁιいおた απλά μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー υγρασία τたうοおみくろんυうぷしろん αέρα, σχηματίζοντας υδρογόνο (κかっぱαあるふぁιいおた λιθιοβοριοοξείδιο, LiBO₂):

$\mathrm {LiBH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}4H_{2}\uparrow +LiBO_{2}}$

Ανάλογα μみゅーεいぷしろん τις συνθήκες, είναι δυνατό νにゅーαあるふぁ ληφθούν διαφορετικά προϊόντα από τたうηいーたνにゅー υδρόλυση λιθιοβοριοϋδρίδιο, ουσιαστικά λόγω παραπέρα υδρόλυσης κかっぱαあるふぁιいおた τたうοおみくろんυうぷしろん ενδιάμεσα παραγώμενου λιθιοβοριοοξείδιου:

$\mathrm {LiBH_{4}+4H_{2}O{\xrightarrow {}}LiOH+H_{3}BO_{3}+H_{2}\uparrow }$

Μみゅーεいぷしろん επίδραση υδροχλωρικού οξέος σしぐまεいぷしろん λιθιοβοριοϋδρίδιο, παράγεται χλωριούχο λίθιο αντί υδροξειδίου τたうοおみくろんυうぷしろん λιθίου:

$\mathrm {LiBH_{4}+HCl+3H_{2}O{\xrightarrow {}}LiCl+H_{3}BO_{3}+H_{2}\uparrow }$

Αあるふぁνにゅー γίνει επίδραση άνυδρου υδροχλωρίου σしぐまεいぷしろん λιθιοβοριοϋδρίδιο, συμπαράγεται διβοράνιο(6) αντί βορικού οξέος, ενώ απαιτείται κかっぱαあるふぁιいおた κάποια θέρμανση ώστε ηいーた αντίδραση νにゅーαあるふぁ διεξαχθεί μみゅーεいぷしろん αποδεκτή ταχύτητα:

$\mathrm {2LiBH_{4}+HCl{\xrightarrow {75^{o}C}}2LiCl+B_{2}H_{6}+H_{2}}$

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο οξειδώνεται από τたうοおみくろん διοξυγόνο (O₂), παράγοντας λιθιοβοριοοξείδιο:

$\mathrm {LiBH_{4}+2O_{2}{\xrightarrow {250^{o}C}}LiBO_{2}+2H_{2}O}$

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο οξειδώνεται από τたうοおみくろん διιώδιο (I₂), συμπαράγοντας ιωδιούχο λίθιο (LiI), τριιωδιούχο βόριο (BI₃), υδροϊώδιο (HI) κかっぱαあるふぁιいおた διυδρογόνο (H₂):

$\mathrm {3LiBH_{4}+8I_{2}{\xrightarrow {60^{o}C}}3LiI+3BI_{3}+4HI+4H_{2}}$

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο ανάγει τたうοおみくろん τριχλωριούχο βόριο (BCl₃) σしぐまεいぷしろん διβοράνιο(6) κかっぱαあるふぁιいおた υδροχλώριο:

$\mathrm {3LiBH_{4}+BCl_{3}{\xrightarrow {75^{o}C}}3LiCl+2B_{2}H_{6}}$

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο ανάγει τたうοおみくろん χλωριούχο αμμώνιο (NH₄Cl), παράγοντας βοραζίνη:

$\mathrm {3LiBH_{4}+3NH_{4}Cl{\xrightarrow {220^{o}C}}3LiCl+9H_{2}\uparrow +}$

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο δでるたρろーαあるふぁ περίπου όπως τたうοおみくろん νατριοβοριοϋδρίδιο, αλλά μπορεί επιπλέον νにゅーαあるふぁ ανάγει καρβοξυλικούς εστέρες (RCO₂R) σしぐまεいぷしろん αλκοόλες (RCH₂OH κかっぱαあるふぁιいおた ROH), καθώς κかっぱαあるふぁιいおた τたうαあるふぁ πρωτοταγή αμίδια (RCONH₂) σしぐまεいぷしろん πρωτοταγείς αμίνες (RCH₂NH₂):

$\mathrm {2RCO_{2}R+LiBH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}2RCH_{2}OH+2ROH+LiBO_{2}}$

(αναγωγή εστέρα σしぐまεいぷしろん αλκοόλες)
$\mathrm {2RCONH_{2}+LiBH_{4}{\xrightarrow {}}2RCH_{2}NH_{2}+LiBO_{2}}$

(αναγωγή πρωτοταγούς αμιδίου σしぐまεいぷしろん πρωτοταγή αμίνη)

Χημειοεκλεκτικότητα

Ηいーた χρήση τたうοおみくろんυうぷしろん λιθιοβοριοϋδριδίου είναι ιδαιτέρα πλεονεκτική όταν χρησιμοποιείται γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーたνにゅー παραγωγή κάποιων ενώσεων, γιατί είναι πολύ περισσότερο χημειοεκλεκτικό, σしぐまεいぷしろん σύγκριση μみゅーεいぷしろん άλλα αναγωγικά αντιδραστήρια. Γがんまιいおたαあるふぁ παράδειγμα, αντίθετα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん λιθιοαργιλλιοϋδρίδιο, τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο ανάγει εστέρες (RCO₂R), νιτρίλια (RCN), λακτόνες, πρωτοταγή αμίδια κかっぱαあるふぁιいおた εποξείδια, αλλά δでるたεいぷしろんνにゅー ανάγει νιτροπαράγωγα (RNO₂), καρβαμικά οξέα (RCO₂NR₂), αλκυλαλογονίδια (RX) κかっぱαあるふぁιいおた δευτεροταγή αμίδια (RCONHR).

Επιπλέον παραδείγματα αναγωγής

$\mathrm {2RCN+LiBH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}2RCH_{2}NH_{2}+LiBO_{2}}$

(αναγωγή νιτριλίου σしぐまεいぷしろん πρωτοταγή αμίνη)

$\mathrm {+LiBH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}HOCH_{2}CH_{2}OH+LiBO_{2}}$

(αναγωγή λακτόνης σしぐまεいぷしろん διόλη)
$\mathrm {2}$ $\mathrm {+LiBH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}2CH_{3}CH_{2}OH+LiBO_{2}}$

(αναγωγή εποξειδίου σしぐまεいぷしろん αλκοόλη)
$\mathrm {LiBH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}LiBO_{2}+4|H|}$

(ημιαντίδραση οξείδωσης λιθιοβοριοϋδρίδιου)

Εφαρμογές

Αναγωγικό αντιδραστήριο

Όπως προαναφέρθηκε, τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο χρησιμοποιείται ως αναγωγικό αντιδραστήριο (κυρίως) γがんまιいおたαあるふぁ αλδεΰδες (RCHO → RCH₂OH), κετόνες [RCOR → RCH(OH)R], λακτόνες, εποξείδια κかっぱαあるふぁιいおた (καρβοξυλικούς) εστέρες (RCO₂R → RCH₂OH + ROH) σしぐまτたうηいーたνにゅー οργανική χημεία.

Αποθήκευση χημικής ενέργειας

Τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο, μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー παραγωγή τたうοおみくろんυうぷしろん, μπορεί νにゅーαあるふぁ αποθηκεύσει χημική ενέργεια σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ από τις υψηλότερες ενεργειακές πυκνότητες πぱいοおみくろんυうぷしろん έχουν παραχθεί σしぐまεいぷしろん μέσα αποθήκευσης χημικής ενέργειας. Αあるふぁνにゅー κかっぱαあるふぁιいおた δでるたεいぷしろんνにゅー υπάρχει γがんまιいおた' αυτό, προς τたうοおみくろん παρόν, άμεση πρακτική εφαρμογή, τたうοおみくろん στερεό λιθιοβοριδιοϋδρίδιο μπορεί νにゅーαあるふぁ απελευθερώσει θερμότητα μέχρι 65 MJ/kg, καθώς (μπορεί νにゅーαあるふぁ) ανάγει τたうοおみくろん ατμοσφαιρικό οξυγόνο σしぐまεいぷしろん νερό. Μみゅーεいぷしろん βάση μάλιστα τたうηいーた (σχετικά) χαμηλή πυκνότητά τたうοおみくろんυうぷしろん, ηいーた οξείδωση τたうοおみくろんυうぷしろん λιθιοβοριοϋδρίδιου δίνει 43,4 MJ/lit. Γがんまιいおたαあるふぁ σύγκριση, ηいーた βενζίνη δίνει 34,8 MJ/lit κかっぱαあるふぁιいおた τたうοおみくろん υγρό υδρογόνο μόλις 8,0 MJ/lit. Ηいーた ικανότητα αυτή έχει τραβήξει τたうηいーたνにゅー προσοχή ερευνητών καυσίμων, γがんまιいおたαあるふぁ πιθανή χρήση τたうοおみくろんυうぷしろん λιθιοβοριοϋδριδίου ως εναλλακτικό καύσιμο αυτοκινήτων ή κかっぱαあるふぁιいおた πυραύλων. Όμως, όπως όλα τたうαあるふぁ μέσα αποθήκευσης χημικής ενέργειας πぱいοおみくろんυうぷしろん βασίζονται σしぐまεいぷしろん υδρίδια, τたうοおみくろん λιθιοβοριοϋδρίδιο έχει πολύ πολύπλοκη ανακύκλωση κかっぱαあるふぁιいおた γがんまιいおた' αυτό έχει χαμηλή αποτελεσματικότητα ενεργειακής μετατροπής. Οおみくろんιいおた μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν ενεργειακή πυκνότητα μόλις 2,0 MJ/lit, αλλά παρέχουν συνεχές ηλεκτιρικό ρεύμα πぱいοおみくろんυうぷしろん παράγουν κかっぱαあるふぁιいおた έχουν αποτελεσματικότητα ενεργειακής μετατροπής της τάξης τたうοおみくろんυうぷしろん 90%. ¨Ετσι, ηいーた χαμηλή αποτελεσματικότητα ενεργειακής μετατροπής τたうωおめがνにゅー υδριδίων μετάλλων, τたうαあるふぁ έχει κάνει, παρά τたうηいーたνにゅー υψηλή ενεργειακή τους πυκνότητα, μみゅーηいーた πρακτικά προς τたうοおみくろん παρόν.

Σύγκριση φυσικοχημικών ιδιοτήτων

Ένωση	Ειδική ενέργεια MJ/kg	Πυκνότητα kg/m³	Ενεργειακή πυκνότητα MJ/m³
LiBH4	65,2	666	43.400
Απλή βενζίνη	44	720	34.800
Υγρό υδρογόνο	120	70,8	8.000
μπαταρία ιόντων λιθίου	0,72	2.800	2.000