Kemijska struktura, lastnosti in uporaba berilijevega hidrida (BeH2)

The berilijev hidrid je kovalentna spojina, ki nastane med berilijem zemeljsko alkalijske kovine in vodikom. Njegova kemijska formula je BeH₂, in je kovalentna, ne vsebuje Be iona²⁺ niti H^-. To je, skupaj z LiH, eden najlažjih kovinskih hidridov, ki jih je mogoče sintetizirati.

Proizvaja se z obdelavo dimetilberila, Be (CH₃)₂, z litijevim aluminijevim hidridom, LiAlH₄. Toda BeH₂ Najčistejši se pridobiva s pirolizo di-terc-butilberilija, Be (C (CH₃)₃)₂ pri 210 ° C.

Kot posamezna molekula v plinastem stanju je v geometriji linearna, v trdnem in tekočem stanju pa se polimerizira v nizih tridimenzionalnih omrežij. Je amorfna trdna snov v normalnih pogojih in lahko postane kristalinična in ima ogromen pritisk kovinske lastnosti.

Predstavlja možen način shranjevanja vodika, bodisi kot vir vodika ob razgradnji, ali kot trden absorpcijski plin. Toda BeH₂ Je zelo strupen in onesnažuje glede na zelo polarizirajočo naravo berilija.

Indeks

• 1 Kemijska struktura
  • 1.1 Molekula BeH2
  • 1.2 Verige BeH2
  • 1.3 Tridimenzionalne mreže BeH2
• 2 Lastnosti
  • 2.1 Kovalentni značaj
  • 2.2 Kemijska formula
  • 2.3 Fizični izgled
  • 2.4 Topnost v vodi
  • 2.5 Topnost
  • 2.6 Gostota
  • 2.7 Reaktivnost
• 3 Uporabe
• 4 Reference

Kemijska struktura

Molekula BeH₂

Na prvi sliki je vidna posamezna molekula berilijevega hidrida v plinastem stanju. Upoštevajte, da je njegova geometrija linearna, pri čemer so atomi H ločeni drug od drugega pod kotom 180 °. Za razlago takšne geometrije mora atom Be imeti hibridizacijo sp.

Berilij ima dve valenčni elektroni, ki se nahajata v 2s orbitalu. V skladu z teorijo valentnih vezi je eden od elektronov orbite 2s energetsko promoviran v orbital 2p; in posledično lahko zdaj tvorita dve kovalentni vezi z dvema sp hibridnima orbitali.

Kaj pa ostale proste orbite Be? Na voljo sta še dve drugi čisti 2p orbitali, nehibridizirani. Z njimi so prazni, BeH₂ je pomanjkljiva spojina elektronov v plinasti obliki; zato jih s hlajenjem in združevanjem molekul kondenzirajo in kristalizirajo v polimeru.

BeH verige₂

Ko molekul BeH₂ polimerizira, okoliška geometrija atoma Be preneha biti linearna in postane tetraedarska.

Pred tem je bila struktura tega polimera modelirana kot verige z enotami BeH₂ povezane z vodikovimi mostovi (zgornja slika, s kroglicami v belih in sivih tonih). Za razliko od vodikovih vezi dipol-dipolnih interakcij imajo kovalentni značaj.

V Be-H-Be mostu polimera sta med tremi atomi porazdeljena dva elektrona (povezava 3c, 2e), ki mora biti teoretično bolj verjetno nameščen okoli vodikovega atoma (ker je bolj elektronegativen).

Po drugi strani pa Be, obkrožena s štirimi H, uspe zapolniti relativno svoje elektronsko delovno mesto, dokonča svoj valentni oktet.

Tukaj teorija valentnih vezi narašča in daje relativno natančno razlago. Zakaj? Ker ima vodik lahko samo dva elektrona, in -H-povezava bi vključevala udeležbo štirih elektronov.

Torej, razložiti Be-H mostove₂-Be (dve sivi krogli, povezani z dvema belima kroglicama) potrebujeta druge kompleksne modele vezi, kot so tiste, ki jih zagotavlja teorija molekularne orbite..

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je polimerna struktura BeH₂ V resnici ni veriga, ampak tridimenzionalno omrežje.

Tridimenzionalne mreže BeH₂

Zgornja slika prikazuje del tridimenzionalne mreže BeH₂. Upoštevajte, da rumenkasto zelene krogle, atomi Be, tvorijo tetraedar kot v verigi; vendar je v tej strukturi večje število vodikovih mostov, poleg tega pa strukturna enota ni več BeH₂ ampak BeH₄.

Iste strukturne enote BeH₂ in BeH₄ kažejo, da je v mreži večja količina vodikovih atomov (4 atoma H za vsako Be).

To pomeni, da berilij v tem omrežju uspe zapolniti svoje elektronsko delovno mesto celo bolj kot v verižni polimerni strukturi..

In kot najbolj očitna razlika tega polimera glede na posamezno molekulo BeH₂, je, da mora Be imeti nujno sp hibridizacijo³ (Navadno), da razložimo tetraedrične in nelinearne geometrije.

Lastnosti

Kovalentni znak

Zakaj je berilijev hidrid kovalentna in neionska spojina? Hidridi drugih elementov skupine 2 (g. Becamgbara) so ionski, kar pomeni, da so sestavljeni iz trdnih snovi, ki jih tvori M kation.²⁺ in dva hidridna aniona H^- (MgH₂, CaH₂, BaH₂). Zato BeH₂ Ne vsebuje Be²⁺ niti H^- elektrostatično.

Kation Be²⁺ odlikuje ga visoka polarizacijska moč, ki izkrivlja elektronske oblake okoliških atomov.

Zaradi tega popačenja se H anioni^- prisiljeni so tvoriti kovalentne vezi; povezave, ki so temelj razloženih struktur.

Kemijska formula

BeH₂ ali (BeH₂) n

Fizični izgled

Brezbarvna amorfna trdna snov.

Topnost v vodi

Razbija se.

Topnost

Netopen v dietiletru in toluenu.

Gostota

0,65 g / cm3 (1,85 g / L). Prva vrednost se lahko nanaša na plinsko fazo, druga pa na polimerno trdno snov.

Reaktivnost

Počasi reagira z vodo, vendar se hitro hidrolizira s HCl, da se tvori berilijev klorid, BeCl₂.

Berilijev hidrid reagira z Lewisovimi bazami, specifično s trimetilaminom, N (CH).₃)₃, za tvorbo dimernega adukta z mostičnimi hidridi.

Prav tako lahko reagira z dimetilaminom, da se tvori trimerni berilijev diamid, [Be (N (CH₃)₂)₂]₃ in vodik. Reakcija z litijevim hidridom, kjer je ion H^- je osnova Lewisa, tvorijo zaporedno LIBeH₃ in Li₂BeH₄.

Uporabe

Berilijev hidrid lahko predstavlja obetaven način za shranjevanje molekularnega vodika. Z razkrajanjem polimera se sprosti H₂, ki bi služila kot raketno gorivo. Na podlagi tega pristopa bi tridimenzionalno omrežje shranilo več vodika kot verige.

Tudi, kot je razvidno iz podobe omrežja, obstajajo pore, ki bi omogočile gostovanje molekul H.₂.

Dejansko nekatere študije simulirajo, kakšen bi bil fizični pomnilnik v BeH₂ kristalinično to je, polimer podvržen ogromnim tlakom in kakšne bi bile njegove fizikalne lastnosti z različnimi količinami adsorbiranega vodika.

Reference

1. Wikipedija. (2017). Berilijev hidrid. Vzpostavljeno iz: en.wikipedia.org
2. Armstrong, D.R., Jamieson, J. & Perkins, P.G. Teoret. Chim. Acta (1979) Elektronske strukture polimernega berilijevega hidrida in polimernega borovega hidrida. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
3. Poglavje 3: Berilijev hidrid in njegovi oligomeri. Vzpostavljeno iz: shodhganga.inflibnet.ac.in
4. Vikas Nayak, Suman Banger in U. P. Verma. (2014). Študija strukturnega in elektronskega vedenja BeH₂ kot spojina za shranjevanje vodika: Ab initio pristop. Konferenčni dokumenti v znanosti, vol. 2014, ID člena 807893, 5 strani. doi.org/10.1155/2014/807893
5. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija V Elementi skupine 1. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.