Hidreto de alumínio (AlH3): estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o hidreto de alumínio é um composto inorgânico cuja fórmula química é AlH₃. Embora possa parecer simples por natureza, na verdade é uma substância um tanto intrincada. Por causa do brilho cristalino que pode aparecer em seu sólido, geralmente é considerado um hidreto iônico, formado por íons de Al³⁺ e H^–.

Porém, suas propriedades demonstram o contrário: trata-se de um sólido polimérico, cuja representação mais fiel seria do tipo (AlH₃)_n, ser n o número de unidades de monômero AlH₃ que integraria uma cadeia ou camada de cristal. Portanto, o AlH₃ É um daqueles polímeros que consegue adotar uma estrutura cristalina.

O hidreto de alumínio não é um sólido com muita difusão comercial, portanto, há poucas imagens disponíveis dele. É especialmente indicado para sínteses orgânicas, onde atua como um poderoso agente redutor. Da mesma forma, ocupa um lugar especial no avanço tecnológico de materiais, sendo uma alternativa promissora para armazenamento de hidrogênio.

Este composto, também chamado de alano, está intimamente relacionado ao LiAlH₄, cujos nomes são hidreto de alumínio e lítio, alanato de lítio ou tetrahidroaluminato de lítio. Embora possua características poliméricas e metaestabilidade térmica, ocorre em sete polimorfos com diferentes morfologias cristalinas.

Estrutura

Coordenações

Independentemente do polimorfo ou da fase cristalina considerada, as coordenadas entre os átomos de alumínio e hidrogênio são mantidas constantes. Na imagem superior, por exemplo, como na primeira imagem, o octaedro de coordenação é mostrado para átomos de alumínio (esfera marrom).

Cada átomo de Al é cercado por seis H, estabelecendo seis ligações Al-H. A maneira como os octaedros são orientados no espaço fará a diferença estrutural entre um polimorfo e outro.

Por outro lado, cada átomo de H se coordena com dois átomos de Al, estabelecendo uma ligação Al-H-Al, o que poderia ser justificado por uma ligação do tipo 3c2e (3 centros-2 elétrons). Este link é responsável por juntar vários octaedros AlH₆ através do cristal de alane.

Molécula isolada

O AlH₃ é considerado polimérico por causa das redes AlH₆ que compõem o cristal. Para isolar uma molécula individual de allan, é necessário aplicar baixas pressões em uma atmosfera inerte de gás nobre. Dessa forma, o polímero se decompõe e libera moléculas de AlH.₃ geometria do plano trigonal (análoga a BH₃).

Por outro lado, é possível dimerizar dois AlH₃ para formar um Al₂H₆, como com diborano, B₂H₆. No entanto, conseguir isso requer o uso de hidrogênio sólido, então pode não ter muito valor industrial ou comercial de longo prazo.

Polimorfos

Alano ou AlH₃ É capaz de formar até sete polimorfos: α, α ’, β, γ, δ, ε e ζ, dos quais α é o mais estável contra mudanças de temperatura. Α-AlH₃ distingue-se por ter uma morfologia cúbica e uma estrutura cristalina hexagonal. Tende a ser o produto em que outros polimorfos se transformam quando sofrem desestabilização térmica.

A morfologia de γ-AlH₃por outro lado, destaca-se por ser do tipo agulha. É por isso que o AlH₃ O sólido pode conter uma mistura de mais de dois polimorfos e apresentar cristais variados ao microscópio.

Propriedades

Aparência física

O hidreto de alumínio é um sólido incolor a esbranquiçado com uma aparência cristalina com tendência a mostrar formas de agulhas.

Massa molar

29,99 g / mol ou 30 g / mol

Ponto de fusão

150 ° C Mas começa a se decompor a 105ºC.

Solubilidade em água

Alto, porque reage com ele.

Solubilidade

Insolúvel em éter dietílico e em solventes não polares, como benzeno e pentano. Reage com álcoois e outros solventes polares.

Decomposição

O AlH₃ é suscetível de decompor-se em taxas diferentes dependendo das condições externas, da morfologia e da estabilidade térmica de seus cristais ou do uso de catalisadores. Quando isso acontece, ele libera hidrogênio e se transforma em alumínio metálico:

2AlH₃ → 2Al + 3H₂

Na verdade, esta decomposição, mais do que um problema, representa um dos motivos pelos quais o alano é considerado interessante no desenvolvimento de novas tecnologias energéticas.

Formação de aduto

Quando o AlH₃ não reage irreversivelmente com o solvente, estabelece com ele um aduto, ou seja, uma espécie de complexo. Por exemplo, pode formar um complexo com trimetilamina, AlH₃2N (CH₃)₃, com tetrahidrofurano, AlH₃THF, ou com éter dietílico, AlH₃Et₂O. Este último era o mais conhecido quando a síntese ou produção de alano foi introduzida em 1947.

Obtendo

As primeiras aparições de AlH₃ datam de 1942 e 1947, sendo este último ano em que foi apresentada a sua síntese utilizando LiAlH.₄ em um meio de éter dietílico:

3LiAlH₄ + AlCl₃+ nEt₂O → 4AlH₃ · nEt₂O + 3LiCl

A solução etérea, AlH₃ · nEt₂Ou, posteriormente, teve que sofrer dessolvatação, com o objetivo de eliminar o Et₂Ou e obter o AlH₃ puro. Além deste problema, LiCl teve que ser removido do meio dos produtos.

Assim, de 1950 a 1977, novas sínteses foram projetadas para obter melhores rendimentos de AlH.₃, bem como sólidos mais puros com melhores propriedades térmicas e morfológicas. Ao modificar as quantidades, etapas e instrumentos utilizados, é possível favorecer a obtenção de um polimorfo sobre o outro. No entanto, α-AlH₃geralmente é o produto majoritário.

Outros métodos de síntese consistem em fazer uso da eletroquímica. Para isso, um ânodo de alumínio e um cátodo de platina são usados. A seguinte reação ocorre no ânodo:

3AlH₄⁻ + Al³⁺ + nTHF → 4AlH₃ · nTHF + 3e⁻

Enquanto no cátodo, o sódio metálico é obtido. Então o AlH₃ · nTHF também sofre dessolvatação para eliminar THF e finalmente obter AlH₃.

Formulários

Agente redutor

O AlH₃ serve para reduzir certos grupos funcionais de compostos orgânicos, como ácidos carboxílicos, cetonas, aldeídos e ésteres. Praticamente, o que ele faz é adicionar hidrogênios. Por exemplo, um éster pode ser reduzido a um álcool na presença de um grupo nitro:

Reservatório de hidrogênio

O hidreto de alumínio representa uma alternativa para servir como reservatório de hidrogênio, e assim, poder dispensá-lo de forma portátil em dispositivos que operam com baterias de hidrogênio. Os volumes obtidos de H₂ correspondem a um volume maior que o dobro do AlH₃.

Tomando o AlH₃, e decompondo-o de maneira controlada, uma quantidade desejável de H₂em qualquer momento. Portanto, ele poderia ser usado como combustível de foguete e todas aquelas aplicações de energia que visam aproveitar a combustão do hidrogênio.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Hidreto de alumínio. Recuperado de: en.wikipedia.org
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2020). Hidreto de alumínio. Banco de dados PubChem., CID = 14488. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
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Xu Bo et al. (2014). Preparação e propriedades térmicas de polimorfos de hidreto de alumínio. doi.org/10.1016/j.vacuum.2013.05.009