Diborano: struttura, sintesi, reazioni, usi

La struttura del diborano (B2H6) è stata oggetto di numerosi studi condotti da chimici di fama, come il tedesco Alfred Stock, noto per essere un pioniere nella chimica dei borani. Inizialmente, si ipotizzava una struttura analoga all’etano, teoria supportata anche da Linus Pauling. Solo nel 1942, grazie all’intervento di Hugh Christopher Longuet-Higgins, si è risolto il dilemma. La struttura proposta da Longuet-Higgins è stata definitivamente confermata negli anni ’50 del secolo scorso tramite misure di diffrazione dei raggi X.

La Struttura del Diborano

Il modello basato sulla teoria degli orbitali molecolari prevede che ogni atomo di boro sia legato a due atomi di idrogeno tramite un legame covalente. Un elettrone di valenza dell’atomo di boro forma un legame a tre centri e due elettroni noto come “banana bond”, legandosi a un atomo di idrogeno.

Proprietà del Diborano

Il diborano è un gas incolore, con un odore dolciastro e repellente. È instabile a temperatura ambiente e, se inquinato, può formare miscele esplosive e autoignizione in presenza di aria umida. Anche se puro, il diborano è insensibile agli urti meccanici, ma può diventare sensibile in presenza di impurità come ossigeno, acqua e idrocarburi alogenati.

Processi di Sintesi

Il diborano può essere ottenuto tramite diverse reazioni:
– Reazione tra fluoruro di boro e litio alluminio idruro, che porta alla formazione di diborano, fluoruro di litio e fluoruro di alluminio in presenza di etere etilico.
– Riscaldamento del boruro di magnesio con acido cloridrico per ottenere diborano e cloruro di magnesio.
– Ossidazione del sodio boroidruro in presenza di iodio per produrre diborano, ioduro di sodio e idrogeno gassoso.

Il diborano può anche essere ottenuto a livello industriale attraverso la reazione tra fluoruro di boro e idruro di sodio a 180 °C.

Le reazioni del diborano

Il diborano reagisce in diverse modalità:

Il diborano reagisce con l’ossigeno a temperatura ambiente quando è impuro, generando anidride borica e vapore acqueo in una reazione fortemente esotermica:

B₂H₆ + 3 O₂ → B₂O₃ + 3 H₂O + 2165 kJ/mol

In presenza di metanolo, reagisce per formare trimetossiborato:

B₂H₆ + 6 CH₃OH → 2 B(OCH₃)₃ + 6 H₂

In presenza di acqua, si ottiene acido borico e idrogeno gassoso:

B₂H₆ + 6 H₂O → 2 H₃BO₃ + 6 H₂

In combinazione con idruro di litio o idruro di sodio, si formano rispettivamente litio boroidruro e sodio boroidruro:

B₂H₆ + 2 LiH → 2 LiBH₄

B₂H₆ + 2 NaH → 2 NaBH₄

Tramite ammonia, in rapporto 1:2 a 180-190 °C, si origina borazina e idrogeno gassoso:

3 B₂H₆ + 6 NH₃ → 2 B₃N₃H₆ + 12 H₂

Con idrossido di sodio, si forma metaborato di sodio e idrogeno gassoso:

B₂H₆ + 2 NaOH + 2 H₂O → 2 NaBO₂ + 6 H₂

Infine, in presenza di alcheni, si ha una reazione di idroborazione che porta alla formazione di organoborani:

B₂H₆ + 6 RCH=CHR → 2B(RCHCH₂R)₃

Usi del diborano

Il diborano è impiegato in svariati settori:

• Come agente riducente.
• Nella vulcanizzazione della gomma.
• Come catalizzatore nella polimerizzazione degli idrocarburi.
• Come acceleratore della velocità della fiamma.
• Come intermedio nella produzione di boro ad elevato grado di purezza.
• Come propellente nei razzi.
• Come agente dopante per la produzione di semiconduttori.