Struktura chemiczna wodorku berylu (BeH2), właściwości i zastosowania

The wodorek berylu jest związkiem kowalencyjnym utworzonym między metalem ziem alkalicznych berylem i wodorem. Jego wzór chemiczny to BeH₂, i będąc kowalencyjnym, nie składa się z jonu Be²⁺ ani H^-. Jest to, wraz z LiH, jeden z najlżejszych wodorków metali, które można syntetyzować.

Jest wytwarzany przez traktowanie dimetylobrylu, Be (CH₃)₂, z wodorkiem litowo-glinowym, LiAlH₄. Jednak BeH₂ Najczystszy uzyskuje się z pirolizy di-tert-butylobenzenu, Be (C (CH₃)₃)₂ w 210 ° C.

Jako pojedyncza cząsteczka w stanie gazowym ma geometrię liniową, ale w stanie stałym i ciekłym polimeryzuje w układach sieci trójwymiarowych. Jest to amorficzna substancja stała w normalnych warunkach i może stać się krystaliczna i wykazywać właściwości metaliczne pod ogromnym ciśnieniem.

Reprezentuje możliwą metodę przechowywania wodoru, albo jako źródło wodoru po rozkładzie, albo jako stały gaz absorbujący. Jednak BeH₂ Jest bardzo toksyczny i zanieczyszczający, biorąc pod uwagę wysoce polaryzujący charakter berylu.

Indeks

• 1 Struktura chemiczna
  • 1.1 Cząsteczka BeH2
  • 1.2 Łańcuchy BeH2
  • 1.3 Trójwymiarowe sieci BeH2
• 2 Właściwości
  • 2.1 Charakter kowalencyjny
  • 2.2 Wzór chemiczny
  • 2.3 Wygląd fizyczny
  • 2.4 Rozpuszczalność w wodzie
  • 2.5 Rozpuszczalność
  • 2.6 Gęstość
  • 2.7 Reaktywność
• 3 zastosowania
• 4 odniesienia

Struktura chemiczna

Cząsteczka BeH₂

Na pierwszym zdjęciu widać pojedynczą cząsteczkę wodorku berylu w stanie gazowym. Zauważ, że jego geometria jest liniowa, a atomy H oddzielone od siebie o kąt 180º. Aby wyjaśnić taką geometrię, atom Be musi mieć hybrydyzację sp.

Beryl ma dwa elektrony walencyjne, które znajdują się w orbicie 2s. Zgodnie z teorią wiązania walencyjnego jeden z elektronów orbitalnych 2s jest energetycznie promowany do orbitalu 2p; w konsekwencji może teraz tworzyć dwa wiązania kowalencyjne z dwoma orbitaliami hybrydowymi sp.

A co z resztą darmowych orbitali Be? Dostępne są dwa inne czyste orbitale 2p, niezhybrydyzowane. Z nimi puste, BeH₂ jest to niedobór związku elektronów w postaci gazowej; i dlatego, chłodząc i grupując swoje cząsteczki, kondensują się i krystalizują w polimerze.

Łańcuchy BeH₂

Kiedy cząsteczki BeH₂ polimeryzacja, otaczająca geometria atomu Be przestaje być liniowa i staje się czworościenna.

Wcześniej model tego polimeru modelowano tak, jakby były łańcuchami z jednostkami BeH₂ połączone mostami wodorowymi (górny obraz, z kulkami w odcieniach bieli i szarości). W przeciwieństwie do wiązań wodorowych oddziaływań dipol-dipol, mają one charakter kowalencyjny.

W mostku Be-H-Be polimeru, dwa elektrony są rozmieszczone między trzema atomami (link 3c, 2e), które teoretycznie muszą być bardziej prawdopodobne wokół atomu wodoru (ponieważ jest bardziej elektroujemne).

Z drugiej strony, otoczenie Be przez cztery H udaje się wypełnić stosunkowo elektroniczny wakat, uzupełniając oktet walencyjny.

Tutaj teoria wiązań walencyjnych blednie, aby dać stosunkowo dokładne wyjaśnienie. Dlaczego? Ponieważ wodór może mieć tylko dwa elektrony, a wiązanie -H- wiązałoby się z udziałem czterech elektronów.

Aby wyjaśnić mosty Be-H₂-Be (dwie szare kule połączone dwiema białymi kulami) potrzebują innych złożonych modeli wiązania, takich jak te dostarczone przez teorię orbitalną molekularną.

Odkryto eksperymentalnie, że struktura polimerowa BeH₂ To nie jest łańcuch, ale trójwymiarowa sieć.

Trójwymiarowe sieci BeH₂

Górny obraz pokazuje fragment trójwymiarowej sieci BeH₂. Zauważ, że żółtawozielone sfery, atomy Be, tworzą czworościan jak w łańcuchu; jednak w tej strukturze jest większa liczba mostków wodorowych, a ponadto jednostka strukturalna nie jest już BeH₂ ale BeH₄.

Te same jednostki strukturalne BeH₂ i BeH₄ wskazują, że w sieci występuje większa obfitość atomów wodoru (4 atomy H dla każdej be).

Oznacza to, że beryl w tej sieci udaje się wypełnić swoją elektroniczną pustkę jeszcze bardziej niż w łańcuchowej strukturze polimerowej..

I jako najbardziej oczywista różnica tego polimeru w odniesieniu do pojedynczej cząsteczki BeH₂, jest to, że Be musi koniecznie mieć hybrydyzację sp³ (Zwykle), aby wyjaśnić geometrie czworościenne i nieliniowe.

Właściwości

Kowalencyjny charakter

Dlaczego wodorek berylu jest kowalencyjnym i niejonowym związkiem? Wodorki innych elementów grupy 2 (p. Becamgbara) są jonowe, to znaczy składają się z ciał stałych utworzonych przez kation M.²⁺ i dwa aniony wodorkowe H^- (MgH₂, CaH₂, BaH₂). Dlatego BeH₂ Nie składa się z Be²⁺ ani H^- oddziaływanie elektrostatyczne.

Kation Be²⁺ charakteryzuje się wysoką mocą polaryzacyjną, która zniekształca elektroniczne chmury otaczających atomów.

W wyniku tego zniekształcenia aniony H^- są zmuszeni do tworzenia wiązań kowalencyjnych; linki, które są podstawą właśnie wyjaśnionych struktur.

Wzór chemiczny

BeH₂ lub (BeH₂) n

Wygląd fizyczny

Bezbarwne bezpostaciowe ciało stałe.

Rozpuszczalność w wodzie

Załamuje się.

Rozpuszczalność

Nierozpuszczalny w eterze dietylowym i toluenie.

Gęstość

0,65 g / cm3 (1,85 g / l). Pierwsza wartość może odnosić się do fazy gazowej, a druga do polimerycznej substancji stałej.

Reaktywność

Reaguje powoli z wodą, ale jest szybko hydrolizowany przez HCl, tworząc chlorek berylu, BeCl₂.

Wodorek berylu reaguje z zasadami Lewisa, zwłaszcza trimetyloaminą, N (CH)₃)₃, aby utworzyć dimeryczny addukt z wodorkami mostowymi.

Może również reagować z dimetyloaminą z wytworzeniem trimerycznego diamidu berylu, [Be (N (CH.)₃)₂)₂]₃ i wodór. Reakcja z wodorkiem litu, gdzie jon H^- jest podstawą Lewisa, tworząc kolejno LIBeH₃ i Li₂BeH₄.

Używa

Wodorek berylu może stanowić obiecujący sposób przechowywania wodoru cząsteczkowego. Rozkładając polimer, uwolniłoby H₂, który służyłby jako paliwo rakietowe. Z tego podejścia trójwymiarowa sieć przechowuje więcej wodoru niż łańcuchy.

Ponadto, jak widać na obrazie sieci, istnieją pory, które pozwalają na przyjmowanie cząsteczek H.₂.

W rzeczywistości niektóre badania symulują, jak fizyczna pamięć będzie wyglądać w BeH₂ krystaliczny to znaczy polimer poddawany ogromnym ciśnieniom i jakie byłyby jego właściwości fizyczne przy różnych ilościach adsorbowanego wodoru.

Referencje

1. Wikipedia. (2017). Wodorek berylu. Źródło: en.wikipedia.org
2. Armstrong, D.R., Jamieson, J. & Perkins, P.G. Teoret. Chim. Acta (1979) Struktury elektroniczne polimerycznego wodorku berylu i polimerycznego wodorku boru. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
3. Rozdział 3: Wodorek berylu i jego oligomery. Źródło: shodhganga.inflibnet.ac.in
4. Vikas Nayak, Suman Banger i U. P. Verma. (2014). Badanie strukturalnych i elektronicznych zachowań BeH₂ jako związek magazynujący wodór: podejście ab initio. Conference Papers in Science, tom. 2014, ID artykułu 807893, 5 stron. doi.org/10.1155/2014/807893
5. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna W Elementy grupy 1. (wydanie czwarte). Mc Graw Hill.