Гидрид бериллия (BeH2) химическая структура, свойства и применение

гидрид бериллия представляет собой ковалентное соединение, образованное между бериллием щелочноземельного металла и водородом. Его химическая формула BeH₂, и будучи ковалентным, он не состоит из иона Be²⁺ ни Н^-. Вместе с LiH он является одним из самых легких гидридов металлов, способных к синтезу..

Его получают обработкой диметилберилом, Be (CH₃)₂, с литийалюминийгидридом, LiAlH₄. Тем не менее, BeH₂ Самым чистым является пиролиз ди-трет-бутилбериллия, Be (C (CH).₃)₃)₂ при 210 ºC.

Как отдельная молекула в газообразном состоянии, она линейна по геометрии, но в твердом и жидком состоянии она полимеризуется в массивах трехмерных сетей. Это аморфное твердое вещество в нормальных условиях, оно может стать кристаллическим и проявлять металлические свойства при огромном давлении.

Он представляет собой возможный способ хранения водорода либо в качестве источника водорода при разложении, либо в виде твердого поглощающего газа. Тем не менее, BeH₂ Он очень токсичен и загрязняет окружающую среду, учитывая бериллиевую природу.

индекс

• 1 Химическая структура
  • 1.1 Молекула BeH2
  • 1.2 Цепи BeH2
  • 1.3 Трехмерные сети BeH2
• 2 свойства
  • 2.1 Ковалентный характер
  • 2.2 Химическая формула
  • 2.3 Внешность
  • 2.4 Растворимость в воде
  • 2.5 Растворимость
  • 2.6 Плотность
  • 2.7 Реакционная способность
• 3 использования
• 4 Ссылки

Химическая структура

Молекула BeH₂

На первом изображении видна отдельная молекула гидрида бериллия в газообразном состоянии. Обратите внимание, что его геометрия является линейной, с атомами H, отделенными друг от друга углом 180º. Чтобы объяснить такую ​​геометрию, атом Be должен иметь sp-гибридизацию.

Бериллий имеет два валентных электрона, которые находятся на 2-й орбите. Согласно теории валентных связей, один из электронов 2s-орбитали энергетически превращается в 2p-орбиталь; и, как следствие, теперь он может образовывать две ковалентные связи с двумя sp-гибридными орбиталями.

А как насчет остальных свободных орбиталей Бе? Доступны еще две чистые 2p-орбитали, негибридизованные. С ними пусто, БиГ₂ это дефицитное соединение электронов в газообразной форме; и поэтому, охлаждая и группируя их молекулы, они конденсируются и кристаллизуются в полимере.

BeH Chains₂

Когда молекулы BeH₂ при полимеризации окружающая геометрия атома Be перестает быть линейной и становится тетраэдрической.

Ранее структура этого полимера моделировалась, как если бы они были цепочками с звеньями BeH₂ связаны водородными мостиками (верхнее изображение, со сферами в белых и серых тонах). В отличие от водородных связей диполь-дипольных взаимодействий, они имеют ковалентный характер.

В мостике Be-H-Be полимера два электрона распределены между тремя атомами (ссылка 3с, 2е), который теоретически должен быть расположен с большей вероятностью вокруг атома водорода (поскольку он является более электроотрицательным).

С другой стороны, Be, окруженный четырьмя H, успевает относительно заполнить свою электронную вакансию, завершив свой валентный октет.

Здесь теория валентной связи бледнеет, чтобы дать относительно точное объяснение. Почему? Поскольку водород может иметь только два электрона, и -H- связь будет включать в себя участие четырех электронов.

Итак, чтобы объяснить мосты Be-H₂-Be (две серые сферы, соединенные двумя белыми сферами) нужны другие сложные модели связи, такие как те, которые предусмотрены молекулярно-орбитальной теорией.

Экспериментально установлено, что полимерная структура BeH₂ Это не цепочка, а трехмерная сеть..

Трехмерные сети BeH₂

Верхнее изображение показывает часть трехмерной сети BeH₂. Обратите внимание, что желтовато-зеленые сферы, атомы Ве, образуют тетраэдр, как в цепи; однако в этой структуре имеется большее число водородных мостиков, и, кроме того, структурная единица больше не является BeH₂ но бе₄.

Те же структурные единицы BeH₂ и BeH₄ они указывают на то, что в сети имеется большее количество атомов водорода (4 атома Н для каждого Be).

Это означает, что бериллию в этой сети удается заполнить свою электронную вакансию даже больше, чем в цепочечной структуре полимера..

И как наиболее очевидное отличие этого полимера по отношению к отдельной молекуле BeH₂, является то, что Be должен обязательно иметь sp гибридизацию³ (Обычно), чтобы объяснить тетраэдрическую и нелинейную геометрию.

свойства

Ковалентный персонаж

Почему гидрид бериллия является ковалентным и неионным соединением? Гидриды других элементов группы 2 (г-н Бекамгбара) являются ионными, то есть они состоят из твердых веществ, образованных катионом М.²⁺ и два гидридных аниона Н^- (MGH₂, CaH₂, ба₂). Таким образом, BeH₂ Он не состоит из Be²⁺ ни Н^- взаимодействуя электростатически.

Катион Бе²⁺ он характеризуется высокой поляризационной силой, которая искажает электронные облака окружающих атомов.

В результате этого искажения анионы H^- они вынуждены образовывать ковалентные связи; ссылки, которые являются краеугольным камнем структур только что объяснил.

Химическая формула

Бех₂ или (BeH₂) n

Внешний вид

Бесцветное аморфное твердое вещество.

Растворимость в воде

Ломается.

растворимость

Нерастворим в диэтиловом эфире и толуоле.

плотность

0,65 г / см3 (1,85 г / л). Первое значение может относиться к газовой фазе, а второе - к полимерному твердому веществу..

реактивность

Реагирует медленно с водой, но быстро гидролизуется HCl с образованием хлорида бериллия, BeCl₂.

Гидрид бериллия реагирует с основаниями Льюиса, в частности, триметиламином, N (CH)₃)₃, образовать димерный аддукт с гидридами мостика.

Кроме того, он может реагировать с диметиламином с образованием тримерного диамида бериллия, [Be (N (CH)₃)₂)₂]₃ и водород. Реакция с гидридом лития, где ион Н^- это основание Льюиса, форма последовательно LIBeH₃ и Ли₂Бех₄.

приложений

Гидрид бериллия может представлять собой перспективный способ хранения молекулярного водорода. Разлагая полимер, он выпустил бы H₂, который будет служить ракетным топливом. При таком подходе трехмерная сеть будет хранить больше водорода, чем цепей.

Также, как видно на изображении сети, есть поры, которые позволят разместить молекулы H.₂.

На самом деле, некоторые исследования имитируют физическую память в BeH.₂ кристаллический; то есть полимер подвергается воздействию огромных давлений, и каковы будут его физические свойства при разных количествах адсорбированного водорода.

ссылки

1. Wikipedia. (2017). Бериллиевый гидрид. Получено с: en.wikipedia.org
2. Армстронг Д.Р., Джеймисон Дж. И Перкинс П.Г. ТМФ. Хим. Acta (1979) Электронные структуры из полимерного гидрида бериллия и полимерного гидрида бора. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
3. Глава 3: Гидрид бериллия и его олигомеры. Получено из: shodhganga.inflibnet.ac.in
4. Викас Наяк, Суман Бэнджер и У. П. Верма. (2014). Изучение структурного и электронного поведения БЭ₂ в качестве соединения для хранения водорода: подход Ab Initio. Документы конференции в науке, том. 2014, ID статьи 807893, 5 стр. doi.org/10.1155/2014/807893
5. Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия В Элементы группы 1. (Четвертое издание). Mc Graw Hill.