هيدريد البريليوم (BeH2): التركيب الكيميائي ، الخواص والاستخدامات
هيدريد البريليوم هو مركب تساهمي يتكون بين البريليوم القلوي الأرضي والهيدروجين. تركيبة كيميائية هي BeH 2 ، وكونها تساهمية ، فهي لا تتكون من Be2 + أو H- ions. إنها ، إلى جانب LiH ، واحدة من أخف هيدريدات المعادن التي يمكن تصنيعها.
يتم إنتاجه بمعالجة ثنائي ميثيل البريل ، Be (CH 3 ) 2 ، مع هيدريد الألومنيوم الليثيوم ، LiAlH 4 . ومع ذلك ، يتم الحصول على أنقى BeH 2 من الانحلال الحراري لل di-tert-butylberyllium ، Be (C (CH 3 ) 3 ) 2 عند 210 درجة مئوية.
كجزيء فردي في حالة غازية ، يكون خطيًا في الهندسة ، ولكن في الحالة الصلبة والسائلة فإنه يتبلمر في صفائف الشبكات ثلاثية الأبعاد. إنها مادة صلبة غير متبلورة في الظروف العادية ، ويمكن أن تصبح بلورية وتظهر خواصًا معدنية تحت ضغوط هائلة.
إنه يمثل طريقة ممكنة لتخزين الهيدروجين ، إما كمصدر للهيدروجين عند التحلل ، أو كغاز ممتص صلب. ومع ذلك ، فإن BeH 2 سام للغاية وملوث نظرًا لطبيعة البريليوم شديدة الاستقطاب.
التركيب الكيميائي
جزيء BeH 2
في الصورة الأولى ، يمكن رؤية جزيء فردي من هيدريد البريليوم في الحالة الغازية. لاحظ أن هندستها خطية ، مع فصل ذرات H عن بعضها البعض بزاوية 180 درجة. لشرح مثل هذه الهندسة ، يجب أن تحتوي ذرة Be على تهجين sp.
للبريليوم إلكترونان متساويان ، يقعان في المدار 2s. وفقًا لنظرية رابطة التكافؤ ، يتم ترقية أحد إلكترونات المدار 2s بقوة إلى المدار 2p ؛ ونتيجة لذلك ، يمكن أن تشكل الآن رابطتين تساهميتين مع المدارين الهجينين sp.
وماذا عن بقية مدارات Be الحرة؟ تتوفر مدارات 2p أخرى نقية ، دون تهجين. معهم فارغة ، BeH 2 هو مركب ناقص من الإلكترونات في شكل غازي. وبالتالي ، عند تبريد جزيئاتها وتجميعها ، تتكثف وتبلور في البوليمر.
سلاسل BeH 2
عندما تتبلمر جزيئات BeH 2 ، فإن هندسة ذرة Be المحيطة تتوقف عن أن تصبح خطية وتصبح رباعية السطوح.
سابقًا ، تم تصميم بنية هذا البوليمر كما لو كانت سلاسل مع وحدات BeH 2 مرتبطة بواسطة روابط هيدروجينية (الصورة العليا ، مع الكرات بألوان بيضاء ورمادية). على عكس الروابط الهيدروجينية للتفاعلات ثنائية القطب ثنائي القطب ، فإن لها طابع تساهمي.
في جسر Be-H-Be للبوليمر ، يتم توزيع إلكترونين بين الذرات الثلاث ( الرابطة 3C ، 2e ) ، والتي يجب وضعها نظريًا باحتمالية أكبر حول ذرة الهيدروجين (لأنها أكثر إلكترونيا).
من ناحية أخرى ، فإن Be محاط بأربعة H تمكن من ملء شاغره الإلكتروني نسبيًا ، مع استكمال ثمانينيات التكافؤ.
هنا تتضاءل نظرية رابطة التكافؤ لإعطاء تفسير دقيق نسبياً. لماذا؟ نظرًا لأن الهيدروجين لا يمكن أن يكون له سوى إلكترونين ، وسيتضمن الرابط - H مشاركة أربعة إلكترونات.
وبالتالي ، لشرح جسور Be-H 2 -Be (كرويان رماديان مرتبطان بمجالين كرويين أبيض) ، هناك حاجة إلى نماذج معقدة أخرى من الرابطة ، مثل تلك التي توفرها النظرية المدارية الجزيئية.
لقد وجد بشكل تجريبي أن البنية البوليمرية في BeH 2 ليست سلسلة حقًا ، لكنها شبكة ثلاثية الأبعاد.
شبكات ثلاثية الأبعاد من BeH 2
تُظهر الصورة العليا مقطعًا من الشبكة ثلاثية الأبعاد في BeH 2 . لاحظ أن الكريات الخضراء المصفرة ، ذرات Be ، تشكل رباعي الاسطح كما في السلسلة ؛ ومع ذلك ، يوجد في هذا الهيكل عدد أكبر من جسور الهيدروجين ، وبالإضافة إلى ذلك ، لم تعد الوحدة الهيكلية BeH 2 ولكن BeH 4 .
تشير نفس الوحدات الإنشائية BeH 2 و BeH 4 إلى وجود وفرة أكبر في ذرات الهيدروجين (4 ذرات لكل H) في الشبكة.
وهذا يعني أن البريليوم داخل هذه الشبكة يتمكن من ملء الشواغر الإلكترونية أكثر من داخل هيكل البوليمر الشبيه بالسلسلة.
وبما أن الفرق الأكثر وضوحًا في هذا البوليمر فيما يتعلق بالجزيء الفردي من BeH 2 ، هو أنه يجب أن يكون للبي بالضرورة تهجين sp3 (عادةً) لشرح هندسة الرباعي السطوح وغير الهندسية الخطية.
خصائص
شخصية تساهمية
لماذا يعتبر البريليوم هيدريد مركب تساهمي وغير أيوني؟ إن هيدريدات العناصر الأخرى في المجموعة 2 (السيد Becamgbara) هي أيونية ، أي أنها تتكون من مواد صلبة مكونة من كاتيون M2 + واثنين من أنيون هيدريد (MgH 2 و CaH 2 و BaH 2 ). لذلك ، لا يتكون BeH 2 من Be2 + أو H- التفاعل الكهروستاتيكي.
يتميز Be2 + الكاتيون بقوة الاستقطاب العالية ، التي تشوه الغيوم الإلكترونية للذرات المحيطة.
نتيجة لهذا التشويه ، تُجبر الأجنة على تكوين روابط تساهمية ؛ الروابط ، والتي هي حجر الزاوية في الهياكل وأوضح للتو.
الصيغة الكيميائية
BeH 2 أو (BeH 2 ) ن
المظهر الجسدي
غير متبلور عديم اللون الصلبة.
الذوبان في الماء
إنه يتحلل.
الذوبانية
غير قابل للذوبان في إثيل الإيثر والتولوين.
كثافة
0.65 جم / سم 3 (1.85 جم / لتر). يمكن أن تشير القيمة الأولى إلى مرحلة الغاز ، والثانية إلى المادة الصلبة البوليمرية.
التفاعلية
يتفاعل ببطء مع الماء ، ولكن يتم تحلله بسرعة بواسطة HCl لتكوين كلوريد البريليوم ، BeCl 2 .
يتفاعل هيدريد البريليوم مع قواعد لويس ، وعلى وجه التحديد تريميثيلامين ، N (CH 3 ) 3 ، لتشكيل مذابح مميتة ، مع هيدريدات الجسر.
أيضا ، يمكن أن تتفاعل مع ثنائي ميثيل أمين لتكوين ثنائي أميد البريليوم ، [Be (N (CH 3 ) 2 ) 2 ] 3 والهيدروجين. يتفاعل التفاعل مع هيدريد الليثيوم ، حيث يكون H- أيون هو قاعدة لويس ، بالتتابع LIBeH 3 و Li 2 BeH 4 .
تطبيقات
قد يمثل هيدريد البريليوم طريقة واعدة لتخزين الهيدروجين الجزيئي. عندما ينهار البوليمر ، فإنه يطلق H2 ، والذي سيكون بمثابة وقود الصواريخ. من هذا النهج ، ستقوم الشبكة ثلاثية الأبعاد بتخزين الهيدروجين أكثر من السلاسل.
أيضًا ، كما يتضح من صورة الشبكة ، هناك مسام تسمح بضم جزيئات H2.
في الواقع ، تحاكي بعض الدراسات كيف سيكون التخزين المادي في BeH 2 البلوري ؛ أي أن البوليمر يتعرض لضغوط هائلة ، وما هي خصائصه الفيزيائية بكميات مختلفة من الهيدروجين الممتص.
