Structure d'hydrure d'aluminium (ALH3), propriétés, utilisations

Il Hydrure d'aluminium C'est un composé inorganique dont la formule chimique est ALH₃. Bien qu'il semble de nature simple, c'est en fait une substance quelque peu complexe. En raison de la luminosité cristalline qui peut se produire dans son solide, il est généralement pris comme un hydrure ionique, formé par des ions vers le³⁺ et h^-.

Cependant, ses propriétés démontrent le contraire: c'est un solide polymère, dont la représentation la plus fidèle serait du type (ALH₃)_n, être n Le nombre d'unités monomères alh₃ qui intégrerait une chaîne de verre ou une couche. Par conséquent, l'alh₃ C'est l'un de ces polymères qui parvient à adopter une structure cristalline.

Structure cristalline de l'hydrure d'aluminium. Source: Benjah-Bmm27 / Domaine public

L'hydrure en aluminium n'est pas solide avec beaucoup de diffusion commerciale, donc les images disponibles sont rares. Il est particulièrement utilisé pour la synthèse organique, où il sert d'agent réducteur puissant. Il occupe également une place spéciale dans l'avance technologique des matériaux, étant une alternative prometteuse pour le stockage d'hydrogène.

Ce composé, également appelé Alano, maintient une relation étroite avec le lialh₄, dont les noms sont l'aluminium et le lithium hydrure, le lithium alanate ou le lithium tétrahydroalumination. Bien qu'il ait des caractéristiques du polymère et une métastabilité thermique, elle se produit dans sept polymorphes avec différentes morphologies cristallines.

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Structure

Coordonnées

Coordination octaédrique des cations en aluminium dans le cristal ALH3. Source: Benjah-Bmm27 / Domaine public.

Indépendamment du polymorphe ou de la phase cristalline considérée, la coordination entre l'aluminium et les atomes d'hydrogène est constante. Dans l'image supérieure, par exemple, comme dans la première image, l'octaèdre de coordination pour les atomes d'aluminium (sphère brune) est indiquée dans la première image.

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Chaque atome est entouré de six h, établissant six liens al-H. La façon dont les octaèdres sont orientés dans l'espace feront la différence structurelle entre un polymorphe et un autre.

D'un autre côté, chaque atome H est coordonné avec deux atomes Al, établissant une liaison al-H-al, qui pourrait être justifiée par une liaison de type 3C2E (3 centres-2 électrons). Ce lien est chargé de rejoindre plusieurs octaedros alh₆ Tout au long du cristal d'Alano.

Molécule isolée

L'ALH₃ Il est considéré comme polymère à cause des réseaux ALH₆ qui intègrent le verre. Pour isoler une molécule Alano individuelle, il est nécessaire d'appliquer de faibles pressions dans une atmosphère inerte de gaz noble. De cette façon, le polymère se brise et libère des molécules ALH₃ de géométrie plate trigonale (analogue à BH₃).

D'un autre côté, il est possible de diminuer deux ALH₃ Pour former un₂H₆, Comme avec le diborano, b₂H₆. Cependant, pour y parvenir, l'utilisation d'hydrogène solide est nécessaire, de sorte qu'elle peut ne pas avoir beaucoup de valeur à long terme industrielle ou commerciale.

Polymorphes

L'Alano ou ALH₃ Il est capable de former jusqu'à sept polymorphes: α, α ', β, γ, δ, ε et ζ, dont α est le plus stable aux changements de température. Le α-ALH₃ Il se distingue par une morphologie cubique et une structure cristalline hexagonale. Il a tendance à être le produit dans lequel les autres polymorphes sont transformés lorsqu'ils souffrent de déstabilisation thermique.

La morphologie de γ-ALH₃, D'un autre côté, il se démarque d'être de type d'aiguilles. C'est pourquoi l'ALH₃ Le solide peut contenir un mélange de plus de deux polymorphes et présente des cristaux variés au microscope.

Propriétés

Apparence physique

L'hydrure en aluminium est un apparence cristalline solide incolore ou blanchâtre avec une tendance à montrer les formes d'aiguille.

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Masse molaire

29.99 g / mol o 30 g / mol

Point de fusion

150 ºC. Mais ça commence à se briser à 105 ° C.

Solubilité dans l'eau

Haut, puis réagit avec elle.

Solubilité

Insoluble dans le diéthyléter et les solvants apolaires tels que le benzène et le pentan. Réagit avec les alcools et autres solvants polaires.

Décomposition

L'ALH₃ Il est susceptible de décomposer à différentes vitesses en fonction des conditions externes, de la morphologie et de la stabilité thermique de leurs cristaux, ou de l'utilisation de catalyseurs. Quand il le fait, il libère de l'hydrogène et se transforme en aluminium métallique:

2alh₃ → 2Al + 3H₂

En fait, cette décomposition plutôt que d'être un problème représente l'une des raisons pour lesquelles l'Alano est considéré comme intéressant dans le développement de nouvelles technologies énergétiques.

Formation d'addition

Quand l'ALH₃ Il ne réagit pas avec le solvant de manière irréversible, il établit un adduit avec lui, c'est-à-dire un type de complexe. Par exemple, vous pouvez former un complexe avec la triméthylamine, ALH₃· 2n (Cho₃)₃, Avec le tétrahydrofurano, alh₃· THF, ou avec Dietileter, ALH₃· ET₂SOIT. Ce dernier était le plus connu lorsque la synthèse ou l'obtention de l'Alano a été introduite en 1947.

Obtention

Les premières apparitions de l'ALH₃ Ils remontent aux 1942 et 1947, étant cette année dernière lorsque sa synthèse a été présentée à l'aide de Lialh₄ Dans un milieu diéthyle:

3Lialh₄ + ALCL₃+ nET₂O → 4Alh₃ · nET₂O + 3licl

La solution éthérée, ALH₃ · nET₂Ou, il a dû se soumettre à décevoir, dans le but d'éliminer l'ET₂Ou et obtenez l'alh₃ pur. En plus de ce problème, le licl doit être éliminé du moyen des produits.

Ainsi, de 1950 à 1977, la nouvelle synthèse a été conçue pour obtenir de meilleurs rendements ALH₃, ainsi que des solides les plus purs et de meilleures propriétés thermiques et morphologiques. Modification des quantités, étapes et instruments utilisés, il est possible de favoriser l'obtention d'un polymorphe au-dessus de l'autre. Cependant, α-ALH₃ C'est généralement le produit majoritaire.

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D'autres méthodes de synthèse consistent à utiliser l'électrochimie. Pour ce faire, une anode en aluminium et une cathode en platine sont utilisées. Dans l'anode, la réaction suivante passe:

3alh₄^- + Au³⁺ + nTHF → 4ALH₃ · nTHF + 3E^-

Tandis que dans la cathode, le sodium métallique est obtenu. Puis l'alh₃ · nLe THF subit également la désallusion pour éliminer le THF et enfin obtenir l'ALH₃.

Applications

Agent réducteur

L'ALH₃ Il sert à réduire certains groupes fonctionnels de composés organiques tels que les acides carboxyliques, les cétones, les aldéhydes et les esters. Pratiquement, ce qu'il fait, c'est ajouter des hydrogènes. Par exemple, un STER peut être réduit à un alcool en présence d'un groupe nitro:

Réduction d'un STER avec hydrure d'aluminium. Source: Ginger / Domaine public.

Réservoir d'hydrogène

L'hydrure en aluminium représente une alternative pour servir de réservoir d'hydrogène, et donc, pour pouvoir le distribuer portable dans des appareils qui fonctionnent avec des batteries d'hydrogène. Les volumes obtenus à partir de h₂ correspond à un plus grand volume de double que l'ALH₃.

Avoir l'ALH₃, et le décomposant contrôlé, une certaine quantité souhaitable de H peut être libérée₂ à n'importe quel moment. Par conséquent, il pourrait être utilisé comme carburant de fusée et toutes ces applications énergétiques qui cherchent à profiter de la combustion d'hydrogène.

Les références

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