Borazan

Borazan
Nazewnictwo
Inne nazwy i oznaczenia
kompleks borowodoru i amoniaku
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

BH6N

Inne wzory

NH
3·BH
3

Masa molowa

30,87 g/mol

Wygląd

beżowe kryształy[1]

Identyfikacja
Numer CAS

13774-81-7

PubChem

6332567

InChI
InChI=1S/B.H3N/h;1H3
InChIKey
JBANFLSTOJPTFW-UHFFFAOYSA-N
Właściwości
Temperatura topnienia

97,61 °C[1]

Niebezpieczeństwa
Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2018-07-11]
Globalnie zharmonizowany system
klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
Substancja nie jest klasyfikowana jako
niebezpieczna według kryteriów GHS
(na podstawie podanej karty charakterystyki).
Podobne związki
Podobne związki

borazol

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons

Borazan – nieorganiczny związek chemiczny, kompleks amoniaku i borowodoru. Podczas ogrzewania rozkłada się z wydzieleniem wodoru. Wykorzystywany jest jako źródło wodoru do napędu silników spalinowych. Borazan charakteryzuje się grawimetryczną, jak i objętościową zawartością wodoru, która teoretycznie sięga 19,6% wag. i 0,145 kg L−1[2].

Struktura krystaliczna

Faza niskotemperaturowa jest opisana układem rombowym z grupą przestrzenną Pmn21. Przejście fazowe pomiędzy fazą niskotemperaturową i wysokotemperaturową występuje przy 225 K (–48 °C). W temperaturze pokojowej borazan tworzy kryształy w układzie tetragonalnym o grupie przestrzennej I4mm[2]. Faza wysokotemperaturowa jest bardziej nieuporządkowana niż niskotemperaturowa, co powoduje wysoki stopień plastyczności kryształów oraz właściwości piezoelektryczne i piroelektryczne. Nieuporządkowanie skutkuje dwunastokrotną lub wyższą reorientację grup BH3 i H3N. Atomy wodoru muszą być nieuporządkowane, aby dostosować się do symetrii chemicznej i krystalograficznej. Niespójność powstaje, ponieważ wiązanie B–N leży wzdłuż 4-krotnej osi obrotu, co jest sprzeczne z 3-krotną symetrią oczekiwaną od grup –BH3 i –NH3[2].

Rozkład termiczny i hydroliza

Rozkład termiczny, jak i hydroliza borazanu powoduje wytworzenie gazowego wodoru, który jest wykorzystywany jako źródło wodoru w napędach silnikowych. Proces rozkładu w zakresie temperatur ok. 375 – 390 K obserwuje się anomalią egzotermiczną, która uwalnia 1,1 ± 0,1 mola H2 na mol AB[3][4] z utworzeniem (BH2NH2)x i B3N3H6[5]. Różnica ta spowodowana jest szybkością nagrzewania (powolne nagrzewanie obniża temperaturę topnienia)[5]. Drugim etapem jest uwolnienie 1,1 ± 0,1 mola H2 podczas reakcji egzotermicznej w zakresie temperatur od 400 do 457 K[3][4][5] z utworzeniem (NHBH)x i B2H6.

Borazan jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. Wykazuje też stabilność przy pH ≥ 7. Ponadto trzy wodory Hδ- z borazanu łatwo reagują z wodorami protonowymi Hδ+ wody, uwalniając H2 w warunkach otoczenia. Z tych powodów para amoniak-boran-woda okazała się być obiecującym źródłem wodoru w stanie ciekłym. W hydrolizie połowa wytworzonego H2 pochodzi z wody, a druga połowa z grupy BH3. Odwodornienie ugrupowania H3N jest trudne termodynamicznie (92,4 kJ mol-1, co sugeruje temperatury wyższe niż 937K). Nadmiar grawimetryczny zdolności magazynowania wodoru jest zatem ograniczony do 7,1% wag[2]. W trakcie hydrolizy borazanu wytwarzają się kryształy boranów amonu[6].

Przypisy

  1. ↑ a b Borane-ammonia complex (nr 682098) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2018-07-11]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  2. ↑ a b c d Umit B.U.B. Demirci Umit B.U.B., Ammonia borane, a material with exceptional properties for chemical hydrogen storage, „International Journal of Hydrogen Energy”, 42 (15), 2017, s. 9978–10013, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.01.154, ISSN 0360-3199 [dostęp 2022-04-20]  (ang.).
  3. ↑ a b S.S. Basu S.S., Y.Y. Zheng Y.Y., J.P.J.P. Gore J.P.J.P., An experimental study of neat and ionic liquid-aided ammonia borane thermolysis, „Journal of Power Sources”, 196 (2), 2011, s. 734–740, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.07.085, ISSN 0378-7753 [dostęp 2022-04-20]  (ang.).
  4. ↑ a b FF. Baitalow FF. i inni, Thermal decomposition of B–N–H compounds investigated by using combined thermoanalytical methods, „Thermochimica Acta”, 391 (1–2), 2002, s. 159–168, DOI: 10.1016/s0040-6031(02)00173-9, ISSN 0040-6031 [dostęp 2022-04-20] .
  5. ↑ a b c G.G. Wolf G.G. i inni, ChemInform Abstract: Calorimetric Process Monitoring of Thermal Decomposition of B-N-H Compounds., „ChemInform”, 31 (19), 2010, no–no, DOI: 10.1002/chin.200019014, ISSN 0931-7597 [dostęp 2022-04-20] .
  6. ↑ María-JoséM.J. Valero-Pedraza María-JoséM.J. i inni, Diammonium tetraborate dihydrate as hydrolytic by-product of ammonia borane in aqueous alkaline conditions, „International Journal of Hydrogen Energy”, 45 (16), 2020, s. 9927–9935, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.223, ISSN 0360-3199 [dostęp 2022-04-20] .