Борогидрид натрия: свойства, получение и применение

Борогидрид натрия – это вещество, обладающее высокой реакционной способностью. Исследование его свойств позволило значительно обогатить органическую и неорганическую химию информацией, а также решить ряд важных аналитических задач. Данное соединение является одним из наиболее промышленно освоенных среди всех борогидридов металлов щелочно-земельной группы.

Общее описание

Борогидрид натрия представляет собой бесцветное кристаллическое вещество без запаха. В отличие от других борогидридов щелочных металлов, оно обладает относительной устойчивостью на воздухе и в воде. Этим обусловлено его широкое применение в химической промышленности.

Эмпирическая формула борогидрида натрия имеет вид: NaBH₄.

Физические свойства

Для данного соединения характерны следующие физические свойства:

• температура плавления – 500 °С;
• вид кристаллической решетки – кубическая сингония;
• молекулярная масса – 37,843 а. е. м.;
• плотность – 1,08 кг/м³;
• гигроскопичность – высокая;
• высокая электрическая проводимость в растворе с аммиаком и диглимом.
  

Химические свойства

Основными химическими свойствами борогидрида натрия являются следующие:

• хорошая растворимость в воде, спиртах, жидком аммиаке, в производных аммиака и оксокислот; плохая – в диэтиловом эфире, углеводородных соединениях;
• в неводных растворах наблюдается обменная реакция с галогенидами лития, магния, бария, алюминия;
• из воды вещество кристаллизуется в форме дигидрата NaBH₄-2H₂O;
• при реагировании с азотом происходит восстановление аммиака;
• высушивание дигидрата можно сделать только в условиях вакуума;
• в реакции с диметилформамидом, ацетамидом происходит образование сольватов.

Это вещество обладает высокой реакционной и восстановительной способностью. Второй тип процесса идет при различных параметрах:

• отсутствие растворителя;
• в водных растворах;
• в органических средах;
• в растворах с широким диапазоном кислотно-щелочного показателя.

Получение

Синтез данного соединения производится несколькими способами. Основные типы реакций описаны ниже:

• диборан с гидридом или метилатом натрия:

2NaH + B₂H₆ → 2NaBH₄ ,

3CH₃ONa + 2B₂H₆ → 3NaBH₄ + B(OCH₃)₃;

• диметоксиборан с триметоксиборогидридом натрия:

2NaBH(OCH₃)₃ + 3(CH₃O)₂BH₃= NaBH₄ + 3B(OCH₃)₃;

• гидрида натрия с борноэтиловым эфиром:

4NaH + B(OCH₂CH₃)₃ → NaBH₄ + 3NaOCH₂CH₃;

• гидрид натрия с трихлоридом бора или борным ангидридом:

BX₃ + 4NaH → NaBH₄ + 3NaX ,

X = Cl, 1/2 * O.

Полученное техническое вещество подвергают очистке с помощью экстракции или перекристаллизации из различных растворителей.

Применение

Борогидрид натрия используют в следующих целях:

• тонкий неорганический и органический синтез;
• получение золей металлов;
• исследование строения веществ;
• определение кинетики химических реакций;
• получение борогидридов других металлов и их производных;
• регенерация благородных металлов (платины, палладия, серебра, золота) из отработанных водных растворов, являющихся продуктами лабораторного анализа или промышленного производства;
• получение чистого газообразного водорода;
• вспенивание синтетических материалов на основе полиэстеров, поливинилового спирта и пенопласта;
• синтез соединений бора (диборана, трийодида бора, гидразинмоноборана, этиламинборана, боросульфида натрия и других);
• получение пористых теплоизолирующих покрытий.

В качестве катализаторов для выделения водорода из борогидрида в воде применяют таблетки из щавелевой, лимонной, янтарной кислоты, гидросульфатов, гидрофосфатов, уголь с покрытием из солей кобальта, платины или палладия.

Металлические покрытия

Борогидрид натрия используется также для получения покрытий типа «металл-бор», отличающихся хорошими эксплуатационными характеристиками:

• высокая твердость;
• износостойкость;
• коррозионная стойкость;
• высокая температура плавления.

Борогидридный метод позволяет изготовить покрытия при невысокой температуре (около 40 °С) на основе меди, серебра, золота, железа, никеля, кобальта, палладия, платины и других металлов. В качестве добавок можно использовать различные компоненты (сульфиты, сульфиты, тиосульфаты), что дает возможность получить двух- и трехкомпонентные сплавы с новыми свойствами.