Borohidreto de sódio (NaBH4): estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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Borohidreto de sódio (NaBH4): estrutura, propriedades, usos - Ciência
Borohidreto de sódio (NaBH4): estrutura, propriedades, usos - Ciência

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o Boro-hidreto de sódio é um sólido inorgânico cuja fórmula química é NaBH4. Pode ser considerado representativo dos borohidretos alcalinos e é o mais comum deles. É um sólido cristalino branco.

Quando em contato com a água, NaBH4 pode gerar calor e hidrogênio H2 que é combustível, por isso deve ser manuseado com cuidado. Devido à facilidade com a qual pode gerar íons hidreto H–, o borohidreto de sódio é um composto moderadamente redutor, por isso é amplamente utilizado em reações químicas para essa finalidade.

Sua propriedade redutora também é utilizada na indústria de papel, pois melhora as características de alvura e estabilidade da celulose e do papel por atuar contra a oxidação da celulose, principal componente do papel.


Como pode facilmente formar hidrogênio na presença de água, também foi investigada a possibilidade de usá-lo como fonte reversível de hidrogênio em células a combustível.

Tem outros usos, todos baseados em sua propriedade redutora, como na indústria farmacêutica.

Estrutura

O borohidreto de sódio é um composto iônico. É formado pelo ânion borohidreto [BH4]– ligado ao cátion sódio Na+.

O ânion [BH4]– é tetraédrico.

Sua estrutura de Lewis é a seguinte:

Nomenclatura

-Boro-hidreto de sódio


-Tetrahidroborato de sódio

-Tetrahidruroborato de sódio

Propriedades físicas

Estado físico

Sólido branco cristalino.

Peso molecular

37,84 g / mol

Temperatura de autoignição

∼ 220 ºC

temperatura de decomposição

> 250 ºC

Densidade

1.074 g / cm3 a 20 ºC

Solubilidade

The NaBH4 é bastante solúvel em água (55 g / 100mL a 25 ºC), onde é parcialmente hidrolisado. É solúvel em tetrahidrofurano (THF) e é insolúvel em éter dietílico.

Propriedades quimicas

O borohidreto de sódio se dissolve na água, onde sofre decomposição inicial ou hidrólise que torna a solução básica, evitando hidrólise posterior.

[BH4]– + H2O → B (OH)3 + H2↑ + OH–


Isso é explicado porque o [BH4]– interage com o H+ água, onde o H+ leva um ânion hidreto H– para formar H2. Pode-se dizer que o BH3 competir com o H+ pelo íon hidreto H–.

Em meio ácido, a hidrólise é completa devido à abundância de íons H+.

The NaBH4 é estável ao ar seco. Não é volátil.

Devido ao seu conteúdo de íons hidreto, o borohidreto de sódio é um composto redutor. Permite reduzir o grupo carbonila C = O a C-OH, ou seja, compostos carbonila a álcoois.

The NaBH4 Por si só não reduz as ligações duplas C = C, nem mesmo aquelas conjugadas com grupos carbonila –C = C-C (= O) -.

No entanto, quando em contato com ácidos protônicos (como HCl) ou ácidos de Lewis (como BCl3 ou AlCl3) diborano B é formado2H6. E se essa reação for realizada na presença de compostos orgânicos com ligações duplas C = C, o diborano B2H6 realiza a hidroboração destes.

Na presença de catalisadores apropriados e condições específicas, o boro-hidreto de sódio pode reduzir vários tipos de grupos funcionais.

Riscos

O calor da reação de hidrólise na água é suficiente para inflamar o hidrogênio que se forma nela. Portanto, é importante ter cuidado ao manuseá-lo.

The NaBH4 acende-se facilmente e queima-se facilmente.

Obtendo

A reação de preparação típica de NaBH4 é através de hidreto de sódio NaH e B (OCH3)3 a uma temperatura de cerca de 250 ºC:

4 NaH + B (OCH3)3 → NaBH4 + 3 NaOCH3

Formulários

Em reações químicas de redução

Sendo uma fonte de íons H–, o NaBH4 É um composto redutor e é usado para preparar outros compostos químicos. Para isso é utilizado em solventes polares apróticos, ou seja, sem prótons H+, tais como dimetilsulfóxido, hexametilfosforamida e dimetilformamida.

É usado como agente redutor em reações químicas orgânicas e inorgânicas.

Permite reduzir aldeídos a álcoois primários e cetonas a álcoois secundários.

Também reduz halogenetos de alquila a hidrocarbonetos, como iododecano a decano, ácido bromoundecanóico a ácido undecanóico e clorododecano a dodecano.

Se atuar sozinho, ao realizar a redução não afeta outros grupos funcionais como éster, ácido carboxílico, nitrila e sulfona.

Sua propriedade de não reduzir as ligações duplas C = C, nem mesmo as conjugadas com grupos carbonila –C = C-C (= O) -, permite a preparação de álcoois insaturados -C = C-CH2-OH.

Para reduzir os compostos aromáticos nitrados às suas anilinas correspondentes, é necessária a presença de catalisadores como cobalto ou cloreto de estanho. Reduz dissulfetos a tióis.

Na presença de condições e catalisadores apropriados, permite a redução de ácidos carboxílicos, ésteres, amidas, nitrilas, iminas, epóxidos e até mesmo ligações duplas e triplas.

Na produção de H2 em células de combustível

The NaBH4 ele pode ser convertido em uma célula de combustível.

The NaBH4 na presença de uma solução alcalina de KOH ou NaOH ele hidrolisa e produz hidrogênio H2 que pode ser usado como combustível em uma célula de combustível de eletrólito de polímero.

Também foi investigado como um material de armazenamento para H2 reversivelmente.

Nanopartículas de NaBH são sintetizadas4 e estabilizado com um surfactante. Após o tratamento com NiCl2 uma camada protetora ou revestimento é formado que regula a liberação de H2 completamente reversível.

Este novo material nanométrico permitiria o uso de H2 como combustível limpo e renovável.

Na indústria de celulose e papel

O borohidreto de sódio é usado para melhorar o brilho e outras propriedades físicas da polpa e do papel.

A degradação da matriz celulósica do papel ocorre por meio de processos complexos que envolvem oxidação. Os grupos hidroxila são oxidados a carbonila e carboxila, o que leva à descoloração do papel e diminuição de suas propriedades físicas.

Ao tratar polpa ou papel com NaBH4, isso reduz aldeídos e cetonas a grupos -OH sem afetar os grupos carboxílicos ácidos, melhorando a estabilidade e o brilho em valores superiores aos iniciais.

Em vários usos

O borohidreto de sódio é utilizado no tratamento de águas residuais, como agente intensificador de sabor na indústria de alimentos e bebidas, como agente de revestimento e para tratamento de superfície, na produção de tabaco, nas indústrias farmacêutica, têxtil e industrial. de couro.

Referências

  1. Christian, M.L. e Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Estratégia Core-Shell que leva a alta capacidade de armazenamento de hidrogênio reversível para NaBH4. ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Recuperado de pubs.acs.org.
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