Hidreto de berílio (BeH2): estrutura, propriedades e usos - Ciência - 2023

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Hidreto de berílio (BeH2): estrutura, propriedades e usos - Ciência
Hidreto de berílio (BeH2): estrutura, propriedades e usos - Ciência

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o hidreto de berílio É um composto covalente formado entre o metal alcalino-terroso berílio e o hidrogênio. Sua fórmula química é BeH2, e sendo covalente, não consiste em Be íons2+ nem H–. É, junto com o LiH, um dos hidretos metálicos mais leves que podem ser sintetizados.

É produzido pelo tratamento de dimetilberílio, Be (CH3)2, com hidreto de alumínio e lítio, LiAlH4. No entanto, o BeH2 mais puro é obtido a partir da pirólise de di-terc-butilberil, Be (C (CH3)3)2 a 210 ° C

Como uma molécula individual no estado gasoso, é linear em geometria, mas no estado sólido e líquido polimeriza em arranjos de redes tridimensionais. É um sólido amorfo em condições normais e pode se tornar cristalino e exibir propriedades metálicas sob enorme pressão.


Ele representa um possível método de armazenamento de hidrogênio, seja como uma fonte de decomposição do hidrogênio ou como um gás sólido absorvente. No entanto, o BeH2 é muito tóxico e poluente, dada a natureza altamente polarizadora do berílio.

Estrutura química

Molécula BeH2

A primeira imagem mostra uma única molécula de hidreto de berílio em estado gasoso. Observe que sua geometria é linear, com os átomos de H separados uns dos outros por um ângulo de 180º. Para explicar essa geometria, o átomo de Be deve ter hibridização sp.

O berílio possui dois elétrons de valência, que estão localizados no orbital 2s. De acordo com a teoria das ligações de valência, um dos elétrons no orbital 2s é energicamente promovido ao orbital 2p; e, como consequência, agora você pode formar duas ligações covalentes com os dois orbitais híbridos sp.

E o resto dos orbitais livres do Be? Dois outros orbitais 2p puros não hibridizados estão disponíveis. Com eles vazios, o BeH2 É um composto com deficiência de elétrons na forma gasosa; e, portanto, conforme suas moléculas se resfriam e se agrupam, elas se condensam e cristalizam em um polímero.


Cadeias BeH2

Quando as moléculas BeH2 Eles polimerizam, a geometria circundante do átomo de Be deixa de ser linear e se torna tetraédrica.

Anteriormente, a estrutura deste polímero era modelada como se fossem cadeias com unidades BeH2 ligados por ligações de hidrogênio (imagem superior, com as esferas em tons de branco e acinzentado). Ao contrário das ligações de hidrogênio das interações dipolo-dipolo, elas têm um caráter covalente.

Na ponte Be-H-Be do polímero, dois elétrons são distribuídos entre os três átomos (link 3c, 2e), que teoricamente deveriam estar localizados com maior probabilidade em torno do átomo de hidrogênio (por serem mais eletronegativos).

Por outro lado, o Be cercado por quatro H's consegue preencher relativamente sua vaga eletrônica, completando seu octeto de valência.


Aqui, a teoria da ligação de valência empalidece para dar uma explicação relativamente precisa. Por quê? Porque o hidrogênio só pode ter dois elétrons, e a ligação -H- envolveria quatro elétrons.

Assim, para explicar as pontes Be-H2-Se (duas esferas cinzentas unidas por duas esferas brancas) são necessários outros modelos complexos da ligação, como os fornecidos pela teoria orbital molecular.

Verificou-se experimentalmente que a estrutura polimérica de BeH2 não é realmente uma cadeia, mas uma rede tridimensional.

Redes tridimensionais BeH2

A imagem superior mostra uma seção da rede tridimensional de BeH2. Observe que as esferas verdes amareladas, os átomos de Be, formam um tetraedro como na cadeia; Porém, nesta estrutura há um maior número de ligações de hidrogênio e, além disso, a unidade estrutural não é mais o BeH2 mas o BeH4.

As mesmas unidades estruturais BeH2 e BeH4 indicam que há uma maior abundância de átomos de hidrogênio na rede (4 átomos de H para cada Be).

Isso significa que o berílio dentro dessa rede consegue suprir sua vacância eletrônica ainda mais do que dentro de uma estrutura polimérica em forma de cadeia.

E como a diferença mais óbvia deste polímero em relação à molécula individual de BeH2, é que o Be deve necessariamente ter uma hibridização sp3 (geralmente) para explicar geometrias tetraédricas e não lineares.

Propriedades

Caráter covalente

Por que o hidreto de berílio é um composto covalente e não iônico? Os hidretos dos demais elementos do grupo 2 (Sr. Becamgbara) são iônicos, ou seja, consistem em sólidos formados por um cátion M2+ e dois ânions de hidreto H– (MgH2, CaH2, BaH2) Portanto, o BeH2 não consiste em ser2+ nem H– interagindo eletrostaticamente.

O cátion Be2+ É caracterizado por seu alto poder de polarização, que distorce as nuvens eletrônicas dos átomos circundantes.

Como resultado dessa distorção, os ânions H– eles são forçados a formar ligações covalentes; links, que são a pedra angular das estruturas que acabamos de explicar.

Fórmula química

BeH2 ou (BeH2) n

Aspecto físico

Sólido amorfo incolor.

Solubilidade em água

Ele se decompõe.

Solubilidade

Insolúvel em éter dietílico e tolueno.

Densidade

0,65 g / cm3 (1,85 g / L). O primeiro valor pode referir-se à fase gasosa e o segundo ao sólido polimérico.

Reatividade

Reage lentamente com água, mas é rapidamente hidrolisado por HCl para formar cloreto de berílio, BeCl2.

O hidreto de berílio reage com bases de Lewis, especificamente trimetilamina, N (CH3)3, para formar um aduto dimérico, com hidretos de ponte.

Além disso, pode reagir com a dimetilamina para formar uma diamida berílio trimérica, [Be (N (CH3)2)2]3 e hidrogênio. A reação com hidreto de lítio, onde o íon H– é a base de Lewis, forma sequencialmente LIBeH3 e Li2BeH4.

Formulários

O hidreto de berílio pode representar uma forma promissora de armazenar hidrogênio molecular. Conforme o polímero se decompõe, ele liberaria H2, que serviria como combustível de foguete. A partir dessa abordagem, a rede tridimensional armazenaria mais hidrogênio do que as cadeias.

Da mesma forma, como pode ser visto na imagem da rede, existem poros que permitiriam alojar as moléculas H2.

Na verdade, alguns estudos simulam como seria esse armazenamento físico em BeH2 cristalino; ou seja, o polímero submetido a uma enorme pressão e quais seriam suas propriedades físicas com diferentes quantidades de hidrogênio adsorvido.

Referências

  1. Wikipedia. (2017). Hidreto de berílio. Recuperado de: en.wikipedia.org
  2. Armstrong, D.R., Jamieson, J. & Perkins, P.G. Theoret. Chim. Acta (1979) As estruturas eletrônicas de hidreto de berílio polimérico e hidreto de boro polimérico. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
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  4. Vikas Nayak, Suman Banger e U. P. Verma. (2014). Estudo do Comportamento Estrutural e Eletrônico do BeH2 como composto de armazenamento de hidrogênio: uma abordagem Ab Initio. Conference Papers in Science, vol. 2014, Artigo ID 807893, 5 páginas. doi.org/10.1155/2014/807893
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