- Chemische structuur
- BeH-molecuul
- BeH ketens
- BeH driedimensionale netwerken
- Eigendommen
- Covalent karakter
- Chemische formule
- Fysiek uiterlijk
- Oplosbaarheid in water
- Oplosbaarheid
- Dichtheid
- Reactiviteit
- Toepassingen
- Referenties
Het berylliumhydride is een covalente verbinding gevormd tussen het metaal beryllium en alkalisch waterstof. De chemische formule is BeH 2 , en omdat het covalent is, bestaat het niet uit Be 2+ of H - ionen . Het is, samen met LiH, een van de lichtste metaalhydriden die kunnen worden gesynthetiseerd.
Het wordt geproduceerd door dimethylberyllium, Be (CH 3 ) 2 , te behandelen met lithiumaluminiumhydride, LiAlH 4 . De zuiverste BeH 2 wordt echter verkregen door de pyrolyse van di-tert-butylberyl, Be (C (CH 3 ) 3 ) 2 bij 210 ° C.
Bron: Ben Mills, van Wikimedia Commons
Als een individueel molecuul in gasvormige toestand is het lineair in geometrie, maar in vaste en vloeibare toestand polymeriseert het in reeksen driedimensionale netwerken. Het is onder normale omstandigheden een amorfe vaste stof en kan onder enorme druk kristallijn worden en metallische eigenschappen vertonen.
Het vertegenwoordigt een mogelijke methode om waterstof op te slaan, hetzij als een bron voor het afbreken van waterstof, hetzij als een vast absorberend gas. BeH 2 is echter zeer giftig en vervuilend gezien de sterk polariserende aard van beryllium.
Chemische structuur
BeH-molecuul
De eerste afbeelding toont een enkel molecuul berylliumhydride in gasvormige toestand. Merk op dat de geometrie lineair is, met de H-atomen van elkaar gescheiden door 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 een van de elektronen in de 2s-orbitaal energetisch gepromoveerd naar de 2p-orbitaal; en als gevolg daarvan kun je nu twee covalente bindingen vormen met de twee sp hybride orbitalen.
En hoe zit het met de rest van de vrije orbitalen van de Be? Er zijn twee andere pure, niet-gehybridiseerde 2p-orbitalen beschikbaar. Als ze leeg zijn, is BeH 2 een elektron-deficiënte verbinding in gasvorm; en daarom, als de moleculen ervan afkoelen en samenklonteren, condenseren ze en kristalliseren ze tot een polymeer.
BeH ketens
Bron: YourEyesOnly, van Wikimedia Commons
Wanneer de BeH 2- moleculen polymeriseren, is de omringende geometrie van het Be-atoom niet langer lineair en wordt deze tetraëdrisch.
Eerder werd de structuur van dit polymeer gemodelleerd alsof het ketens waren met BeH 2- eenheden verbonden door waterstofbruggen (bovenste afbeelding, met de bollen in witte en grijsachtige tinten). In tegenstelling tot de waterstofbruggen van dipool-dipool-interacties, hebben ze een covalent karakter.
In de Be-H-Be-brug van het polymeer zijn twee elektronen verdeeld tussen de drie atomen (binding 3c, 2e), die theoretisch met grotere waarschijnlijkheid rond het waterstofatoom zouden moeten liggen (omdat het elektronegatiever is).
Aan de andere kant slaagt de Be omringd door vier H's erin om zijn elektronische vacature relatief in te vullen, waarmee hij zijn valentie-octet voltooit.
Hier verbleekt de valentiebindingstheorie om een relatief nauwkeurige verklaring te geven. Waarom? Omdat waterstof maar twee elektronen kan hebben, en de -H- binding zou vier elektronen omvatten.
Om de Be-H 2 -Be- bruggen te verklaren (twee grijze bollen verbonden door twee witte bollen) zijn dus andere complexe modellen van de binding nodig, zoals die welke worden verschaft door de moleculaire orbitaaltheorie.
Experimenteel is gevonden dat de polymere structuur van BeH 2 eigenlijk geen ketting is, maar een driedimensionaal netwerk.
BeH driedimensionale netwerken
Bron: Ben Mills, van Wikimedia Commons
De bovenste afbeelding toont een deel van het driedimensionale netwerk van BeH 2 . Merk op dat de geelgroene bollen, de Be-atomen, een tetraëder vormen zoals in de ketting; In deze structuur is er echter een groter aantal waterstofbruggen en bovendien is de structurele eenheid niet langer BeH 2 maar BeH 4 .
Dezelfde structurele eenheden BeH 2 en BeH 4 geven aan dat er een grotere overvloed aan waterstofatomen in het rooster is (4 H-atomen voor elke Be).
Dit betekent dat beryllium binnen dit netwerk zijn elektronische vacature nog meer weet te bevoorraden dan binnen een kettingachtige polymere structuur.
En aangezien het meest voor de hand liggende verschil van dit polymeer met betrekking tot het individuele BeH 2- molecuul , is dat Be noodzakelijkerwijs een sp 3- hybridisatie moet hebben (meestal) om de tetraëdrische en niet-lineaire geometrieën te verklaren.
Eigendommen
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 één M 2+ -kation en twee hydride-anionen H - (MgH 2 , CaH 2 , BaH 2 ). Daarom bestaat BeH 2 niet uit Be 2+ of H - die elektrostatisch op elkaar inwerken.
Het Be 2+ kation wordt gekenmerkt door zijn hoge polariserende kracht, die de elektronische wolken van de omringende atomen vervormt.
Als gevolg van deze vervorming worden de H - anionen gedwongen covalente bindingen te vormen; links, die de hoeksteen vormen van de zojuist toegelichte structuren.
Chemische formule
BeH 2 of (BeH 2 ) n
Fysiek uiterlijk
Kleurloze amorfe vaste stof.
Oplosbaarheid in water
Het valt uiteen.
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
Het reageert langzaam met water, maar wordt snel gehydrolyseerd door HCl berylliumchloride, BeCl vormen 2 .
Berylliumhydride reageert met Lewis-basen, in het bijzonder trimethylamine, N (CH 3 ) 3 , om een dimeer adduct te vormen, met gebrugde hydriden.
Het kan ook reageren met dimethylamine om trimeer berylliumdiamide, 3 en waterstof te vormen. Reactie met lithiumhydride, waarbij het H - ion de Lewis-base is, vormt achtereenvolgens LIBeH 3 en Li 2 BeH 4 .
Toepassingen
Berylliumhydride zou een veelbelovende manier kunnen zijn om moleculaire waterstof op te slaan. Als polymeer ontleedt, zou het vrijgeven H 2 , welke als raketbrandstof zou dienen. Vanuit deze benadering zou het driedimensionale netwerk meer waterstof opslaan dan de ketens.
Evenzo, zoals te zien is in de afbeelding van het netwerk, zijn poriën die het mogelijk maken de H 2 moleculen worden ondergebracht .
In feite simuleren sommige studies hoe een dergelijke fysieke opslag eruit zou zien in kristallijne BeH 2 ; dat wil zeggen, het polymeer wordt blootgesteld aan een enorme druk, en wat zouden de fysische eigenschappen zijn met verschillende hoeveelheden geadsorbeerde waterstof.
Referenties
- Wikipedia. (2017). Berylliumhydride. Hersteld van: en.wikipedia.org
- Armstrong, DR, Jamieson, J. & Perkins, PG Theoret. Chim. Acta (1979) De elektronische structuren van polymeer berylliumhydride en polymeer boorhydride. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
- Hoofdstuk 3: Berylliumhydride en zijn oligomeren. Hersteld van: shodhganga.inflibnet.ac.in
- Vikas Nayak, Suman Banger en UP Verma. (2014). Studie van structureel en elektronisch gedrag van BeH 2 als waterstofopslagverbinding: een Ab Initio-benadering. Conference Papers in Science, vol. 2014, artikel-ID 807893, 5 pagina's. doi.org/10.1155/2014/807893
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. In The elements of group 1. (Vierde editie). Mc Graw Hill.