Berylliumhydride (BeH2) chemische structuur, eigenschappen en toepassingen

de berylliumhydride is een covalente verbinding gevormd tussen het aardalkalimetaal beryllium en waterstof. De chemische formule is BeH₂, en omdat het covalent is, bestaat het niet uit een ion²⁺ noch H^-. Het is, samen met LiH, een van de lichtste metaalhydriden die kunnen worden gesynthetiseerd.

Het wordt geproduceerd door de behandeling van dimethylberil, Be (CH₃)₂, met lithiumaluminiumhydride, LiAlH₄. Echter, de BeH₂ De zuiverste wordt verkregen door de pyrolyse van di-tert-butylberyllium, Be (C (CH₃)₃)₂ bij 210 ºC.

Als een afzonderlijk molecuul in een gasvormige toestand is het lineair in geometrie, maar in de vaste en vloeibare toestand polymeriseert het in reeksen van driedimensionale netwerken. Het is een amorfe vaste stof onder normale omstandigheden en kan kristallijn worden en metalen eigenschappen vertonen onder enorme druk.

Het vertegenwoordigt een mogelijke methode van opslag van waterstof, ofwel als een bron van waterstof bij ontleding, of als een vast absorberend gas. Echter, de BeH₂ Het is zeer giftig en vervuilend gezien de sterk polariserende aard van beryllium.

index

• 1 Chemische structuur
  • 1.1 Molecuul van BeH2
  • 1.2 Kettingen van BeH2
  • 1.3 Driedimensionale netwerken van BeH2
• 2 Eigenschappen
  • 2.1 Covalent karakter
  • 2.2 Chemische formule
  • 2.3 Fysieke verschijning
  • 2.4 Oplosbaarheid in water
  • 2.5 Oplosbaarheid
  • 2.6 Dichtheid
  • 2.7 Reactiviteit
• 3 Gebruik
• 4 Referenties

Chemische structuur

BeH-molecuul₂

In het eerste beeld kan een individueel molecuul berylliumhydride in de gasvormige toestand worden gezien. Merk op dat de geometrie lineair is, met de H-atomen gescheiden van elkaar over een hoek van 180º. Om deze geometrie te verklaren, moet het Be-atoom sp-hybridisatie hebben.

Beryllium heeft twee valentie-elektronen, die zich in de 2s-orbitaal bevinden. Volgens de valentiebindingstheorie wordt één van de elektronen van de 2s-orbitaal energetisch bevorderd tot de 2p-orbitaal; en als gevolg daarvan kan het nu twee covalente bindingen vormen met de twee sp hybride orbitalen.

En hoe zit het met de rest van de gratis orbitalen van de Be? Twee andere pure 2p-orbitalen zijn beschikbaar, niet-gehybridiseerd. Met hen leeg, de BeH₂ het is een deficiënte verbinding van elektronen in gasvorm; en daarom condenseren en kristalliseren ze in een polymeer door hun moleculen af ​​te koelen en te groeperen.

BeH Chains₂

Wanneer BeH-moleculen₂ polymeriseren, de omringende geometrie van het Be-atoom houdt op lineair te zijn en wordt tetrahedraal.

Eerder werd de structuur van dit polymeer gemodelleerd alsof het ketens waren met BeH-eenheden₂ verbonden door waterstofbruggen (bovenste afbeelding, met bollen in witte en grijze tinten). In tegenstelling tot de waterstofbruggen van de dipool-dipool-interacties, hebben ze een covalent karakter.

In de Be-H-Be-brug van het polymeer zijn twee elektronen verdeeld over de drie atomen (link 3c, 2e), die in theorie waarschijnlijker rond het waterstofatoom moet liggen (omdat het elektronegatiefer is).

Aan de andere kant slaagt de Be omringd door vier H erin om relatief zijn elektronische leegstand te vullen, waardoor het valentie-octet wordt voltooid.

Hier verbleekt de valentiebindingstheorie om een ​​relatief nauwkeurige verklaring te geven. Waarom? Omdat waterstof maar twee elektronen kan hebben, en de -H- verbinding de deelname van vier elektronen zou impliceren.

Dus, om de Be-H-bruggen uit te leggen₂-Be (twee grijze bollen verbonden door twee witte bollen) hebben andere complexe modellen van de binding nodig, zoals die geboden door de moleculaire orbitaaltheorie.

Er is experimenteel gevonden dat de polymere structuur van BeH₂ Het is niet echt een ketting, maar een driedimensionaal netwerk.

Driedimensionale netwerken van BeH₂

De bovenste afbeelding toont een gedeelte van het driedimensionale BeH-netwerk₂. Merk op dat de geelachtig groene bollen, de atomen van de Be, een tetraëder vormen zoals in de keten; echter, in deze structuur is er een groter aantal waterstofbruggen, en bovendien is de structurele eenheid niet langer de BeH₂ maar de BeH₄.

Dezelfde structurele eenheden van BeH₂ en BeH₄ ze geven aan dat er in het netwerk een grotere hoeveelheid waterstofatomen is (4 H-atomen voor elke Be).

Dit betekent dat beryllium binnen dit netwerk zijn elektronische leegstand zelfs nog meer weet te vullen dan in een kettingachtige polymeerstructuur..

En als het meest voor de hand liggende verschil van dit polymeer met betrekking tot het individuele molecuul van BeH₂, is dat de Be noodzakelijkerwijs een sp-hybridisatie moet hebben³ (Gewoonlijk) om de tetraëdrische en niet-lineaire geometrieën te verklaren.

eigenschappen

Covalent karakter

Waarom is berylliumhydride een covalente en niet-ionische verbinding? De hydriden van de andere elementen van groep 2 (Mr Becamgbara) zijn ionisch, dat wil zeggen ze bestaan ​​uit vaste stoffen gevormd door een M-kation.²⁺ en twee hydride-anionen H^- (MGH₂, CaHz₂, bah₂). Daarom is de BeH₂ Het bestaat niet uit Be²⁺ noch H^- interactie elektrostatisch.

Het kation Be²⁺ het wordt gekenmerkt door zijn hoge polariserende kracht, die de elektronische wolken van de omringende atomen vervormt.

Als een resultaat van deze vervorming, de H-anionen^- ze worden gedwongen covalente banden te vormen; links, die de hoeksteen zijn van de zojuist toegelichte structuren.

Chemische formule

Beh₂ of (BeH₂) n

Uiterlijke verschijning

Kleurloze amorfe vaste stof.

Oplosbaarheid in water

Het gaat kapot.

oplosbaarheid

Onoplosbaar in diethylether en tolueen.

dichtheid

0,65 g / cm3 (1,85 g / L). De eerste waarde kan verwijzen naar de gasfase en de tweede naar de polymere vaste stof.

reactiviteit

Reageert langzaam met water, maar wordt snel gehydrolyseerd door HCl om berylliumchloride, BeCl te vormen₂.

Berylliumhydride reageert met Lewis-basen, met name trimethylamine, N (CH)₃)₃, om een ​​dimeer adduct te vormen, met brughydriden.

Ook kan het reageren met dimethylamine om een ​​trimeer berylliumdiamide te vormen, [Be (N (CH₃)₂)₂]₃ en waterstof. De reactie met lithiumhydride, waarbij het ion H^- is de basis van Lewis, vorm achtereenvolgens LIBeH₃ en Li₂Beh₄.

toepassingen

Berylliumhydride kan een veelbelovende manier zijn om moleculaire waterstof op te slaan. Door het polymeer te ontbinden, zou het H vrijmaken₂, welke zou dienen als raketbrandstof. Vanuit deze benadering zou het driedimensionale netwerk meer waterstof opslaan dan de ketens.

Ook, zoals te zien is in het beeld van het netwerk, zijn er poriën die het mogelijk maken om de H-moleculen te hosten.₂.

In feite simuleren sommige studies wat fysieke opslag zou zijn in BeH₂ kristallijn; dat wil zeggen, het polymeer onderworpen aan enorme drukken, en wat zouden de fysische eigenschappen ervan zijn met verschillende hoeveelheden geadsorbeerde waterstof.

referenties

1. Wikipedia. (2017). Berylliumhydride. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
2. Armstrong, D.R., Jamieson, J. & Perkins, P.G. Theoret. Chim. Acta (1979) De elektronische structuren van polymeer berylliumhydride en polymeer boorhydride. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
3. Hoofdstuk 3: Berylliumhydride en zijn oligomeren. Teruggeplaatst van: shodhganga.inflibnet.ac.in
4. Vikas Nayak, Suman Banger en U. P. Verma. (2014). Studie van structureel en elektronisch gedrag van BeH₂ als verbinding voor waterstofopslag: een Ab Initio-aanpak. Conference Papers in Science, vol. 2014, Artikel-ID 807893, 5 pagina's. doi.org/10.1155/2014/807893
5. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische chemie In De elementen van groep 1. (Vierde editie). Mc Graw Hill.