Diborano: struttura, sintesi, reazioni, usi

Il diborano è un composto inorganico che ha formula B₂H₆ la cui struttura è stato oggetto di studio da parte dei chimici per molti anni a partire dal chimico tedesco Alfred Stock, pioniere della chimica dei borani, che propose una struttura analoga a quella dell’etano.

Questa ipotesi fu suffragata anche da Linus Pauling e fu solo nel 1942 che Hugh Christopher Longuet-Higgins, studente universitario britannico appena diciannovenne, risolse il problema . L’idea di  Longuet-Higgins fu al centro di numerose dispute che cessarono solo negli anni ’50 dello scorso secolo quando fu definitivamente confermata da misure di diffrazione di raggi X.

Struttura del diborano

Il modello determinato attraverso la teoria degli orbitali molecolari prevede che ciascun atomo di boro è legato a due atomi di idrogeno tramite un legame covalente. A ciascun atomo di boro rimane quindi un solo elettrone di valenza che utilizza legandosi a ponte con un atomo di idrogeno tramite un legame a tre centri e due elettroni denominato “banana bond”

Proprietà

Il diborano è un gas incolore, instabile a temperatura ambiente dall’odore dolciastro e repellente. Quando è impuro si combina con l’aria formando miscele esplosive e dà luogo ad autoignizione in aria umida a temperatura ambiente.

Il diborano puro è insensibile agli urti meccanici tuttavia, si possono formare miscele sensibili agli urti in presenza di impurità come ossigeno, acqua e idrocarburi alogenati.

Sintesi

Il diborano è ottenuto:

• dalla reazione tra fluoruro di boro e litio alluminio idruro con ottenimento di diborano, fluoruro di litio e fluoruro di alluminio in presenza di etere etilico secondo la reazione:
  4 BF₃ + 3 LiAlH₄ → B₂H₆ + 3 LiF + AlF₃

• riscaldando il boruro di magnesio con acido cloridrico con ottenimento di diborano e cloruro di magnesio secondo la reazione:
  2 Mg₃B₂ + 12 HCl → 2 B₂H₆ + 6 MgCl₂

In laboratorio può essere ottenuto dall’ossidazione del sodio boroidruro in presenza di iodio con ottenimento di diborano, ioduro di sodio e idrogeno gassoso secondo la reazione:
2 NaBH₄ + I₂ → B₂H₆ + 2 NaI + H₂

A livello industriale può essere ottenuto dalla reazione tra fluoruro di boro e idruro di sodio alla temperatura di 180 °C con ottenimento di diborano e fluoruro di sodio secondo la reazione:
2 BF₃ + 6 NaH → B₂H₆ + 6 NaF

Reazioni

Il diborano reagisce con:

• l’ossigeno a temperatura ambiente quando è impuro per dare anidride borica e vapore acqueo in una reazione fortemente esotermica:
  B₂H₆ + 3 O₂ → B₂O₃ + 3 H₂O + 2165 kJ/mol

• il metanolo per dare trimetossiborato:
  B₂H₆ + 6 CH₃OH → 2 B(OCH₃)₃ + 6 H₂

• l’acqua per formare acido borico e idrogeno gassoso secondo la reazione:
  B₂H₆ +6 H₂O → 2 H₃BO₃ + 6 H₂

• idruro di litio o idruro di sodio per dare rispettivamente litio boroidruro e sodio boroidruro secondo la reazione:
  B₂H₆ + 2 LiH → 2 LiBH₄
  B₂H₆ + 2 NaH → 2 NaBH₄

• l’ammoniaca in rapporto di 1:2 a 180-190 °C per dare borazina e idrogeno gassoso secondo la reazione:
  3 B₂H₆ + 6 NH₃ → 2 B₃N₃H₆ + 12 H₂

• l’idrossido di sodio per dare metaborato di sodio e idrogeno gassoso:
  B₂H₆ + 2 NaOH + 2 H₂O → 2 NaBO₂ + 6 H₂

• gli alcheni per dare una reazione di idroborazione in cui si ottiene un organoborano.
  B₂H₆ + 6 RCH=CHR → 2B(RCHCH₂R)₃

Usi

Il diborano è utilizzato:

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