هايدرايدات وهاليدات البورون

البورون غير النقي (غير المتبلور) عبارة عن مسحوق بني، ولكن العنصر النقي منه يشكل بلورات لامعة ورمادية فضية. الخصائص بما في ذلك نقطة الانصهار العالية والموصلية الكهربائية المنخفضة جعل عنصر البورون B مادة حرارية مهمة.

معلومات عامة عن مجموعة البورون:

الألومنيوم معدن صلب أبيض، من ناحية الديناميكا الحرارية يجب أن يتفاعل مع الهواء والماء، ولكنه يقاوم بسبب تكون طبقة أكسيد الألمنيوم، -6^10 إلى -4^10 مم. يمكن الحصول على طبقة أكثر سمكًا من أكسيد الألمنيوم Al2O3 عن طريق جعل الأنود Al في التحليل الكهربائي لـ H2SO4، والنتيجة هي الألمنيوم المؤكسد الذي سيأخذ الأصباغ والأجزاء لإنتاج لمسة نهائية قوية وزخرفية متقنة.

الغاليوم معدن فضي اللون مع مدى سائل طويل نوعا ما يتراوح المدى بين (303 كلفن إلى 2477 كلفن). أما بالنسبة إلى عنصري الإنديوم والثاليوم يعتبران من المعادن اللينة، ومعدن الإنديوم In له خاصية غير عادية للانبعاث “صرخة أو صوت عالي” عالية النبرة عند ثني المعدن.

أشكال البورون:

هياكل وأشكال مجموعة البورون أول شيء المتآصلات “allotrope” من البورون تم توثيقه وكان على شكل رباعي الزوايا من نوع ألفا α، لكن تمت إعادة صياغته على شكل كربيد أو نيتريد، B50C2 أو B50N2. بالنسبة لظهور الكربون C أو النيتروجين N كان نتيجة لظروف تركيبية. هذه المرحلة الكربيدية ليست هي نفسها كربيد البورون B4C (تمت صياغته بشكل صحيح كـ B13C2) الذي يحتوي على الهيكل المرتبط بهيكل معيني السطوح من نوع بيتا β، الحالة المعيارية للبورن من ناحية الهيكل B هي شكل معيني السطح من نوع بيتا β، لكن بنية البورون B تجعله ذو شكل معيني السطوح من نوع ألفا α، وهذا يجعل نقطة انطلاق مناقشتنا أسهل.

تحتوي كل من المتآصلات (allotropes) المعينية من نوع ألفا ونوع بيتا على وحدات B12. الترابط في عنصر البورون B من النوع التساهمي، كما أن الترابط داخل كل وحدة B12 من نفس النوع أي تساهمي ونستطيع تحديد هذا النوع.

يتكون البورون المعيني السطوح من نوع ألفا من فيتامين B12 عشري الوجوه مرتبط تساهميًا بروابط (B-B) لتشكيل شبكة لا نهائية. ويجب أخذ صورة للشبكة في عين الاعتبار لنستطيع فهم ما يجري، ننظر على كل عشروني الوجوه ككرة تقريبية، والشكل العام والإجمالي للمركب يظهر على شكل هيكل كمصفوفة من نوع (ccp وهو اختصار ل Cubic Close Packed) من عشروني الوجوه (B12 -icosahedra)، يكون الشكل عبارة عن شبكة تساهمية لانهائية، متميزة عن الحزم القريبة من المشابك المعدنية.

يتكون هيكل المعيني السطوح للبورون B من وحدات B84، متصلة من خلال وحدات B10. العلاقة المتبادلة بينهم مثيرة للاهتمام، الشكل الشبكي التساهمي بين نوع ألفا وبيتا في الشكل معيني السطوح جعل البورون B في حالة صلبة للغاية، مما يجعل بلورات البورون B شديدة الصلابة، ذات نقطة انصهار عالية (تصل إلى 2453 كلفن للبورون المعيني من نوع بيتا).

هيدرات بسيطة للبورون:

مع ثلاثة إلكترونات التكافؤ في المجموعة الثالثة بشكل عام، يمكن أن نتوقع أن كل عنصر من عناصر مجموعة البورون  يستطيع أن يشكل هيدريد ذو الصيغة الكيميائية التالية: MH3. على الرغم من وجودها تم إنشاء BH3 في المرحلة الغازية، وميلها إلى أن تكون بصيغة (dimerize) يعني أن تكون موجودة بالصيغة التالية: B2H6 (diborane) بدلا من هذه الصيغة BH3، وتعتبر أبسط هيدريد للبورون.

تم عزل أحادي AlH3 عند درجة حرارة منخفضة في مصفوفة. وذلك دليل على وجود Al2H6 (تشكل من ذرات Al المزالة بالليزر في مصفوفة H2 الصلب عند درجة حرارة من (3.5 كلفن إلى 6.5 كلفن)، تم الحصول عليها من البيانات الطيفية الاهتزازية. تم تقدير المحتوى الحراري لتفكك الـ Al2H6 إلى 2AlH3 من البيانات الطيفية الكتلية لتكون (20±138) كيلو جول لكل مول، وهي قيمة مماثلة لتلك الخاصة بالمحتوى الحراري الخاص بتفكك B2H6 إلى 2BH3.

في الحالة الصلبة في درجات الحرارة العادية، الأشعة السينية وبيانات حيود النيوترونات أظهرت أن الألومنيوم هيدريد يتكون من شبكة ثلاثية الأبعاد، حيث تم تحديد موقع الألمنيوم Al في كل مركز من الثماني السطوح، كونه يتضمن ستة ترابطات من (Al-H-Al) 3c-2e.

تظهر بيانات حيود الإلكترونات (digallane), (Ga2H6)، متشابه من الناحية الهيكلية مع B2H6، بتغيير المحتوى الحراري اللازم من أجل تفكك (Ga2H6 إلى 2GaH3) ويقدر بـ (16±59) كيلو جول لكل مول، وهذا المحتوى من الطاقة أقل بكثير من B2H6 أو Al2H6. وقد تم تأكيد وجود InH3 في عام 2004، من بيانات طيفي الأشعة تحت الحمراء لـ InH3 المعزول بالمصفوفة، لكن مركب هيدريد الثاليوم TlH3 المعزول في الوقت الحاضر لا يزال غير مؤكد. تتحد ذرات Tl المزالة بالليزر مع H2 في مصفوفة Ne أو Ar أو H2 لإعطاء TlH.

هيدرات عناصر المجموعة الثالثة حساسة للغاية وبشكل كبير للهواء والرطوبة والتعامل معها يتطلب استخدام تقنيات فراغ عالية مع الأجهزة الزجاجية بالكامل. هيدريد المجموعة الثالثة: لا تتحد عناصر المجموعة الثالثة مباشرةً مع H2 لتكوين الهيدريد، وإنما يتم تحضيرها بشكل غير مباشر، كما في المعادلة الآتية:

يجب أن يحدث التفاعل باستخدام الأثير الجاف

 4BF3+ 3LiAlH4  →  2B2H6+ 3Lif+ 3AlF3

البورانيس ​​تشتعل في وجود الأكسجين كالتفاعل الآتي:

B2H6+3O2 → B2O3 + 3H2O

تحلل البوران في الماء كالتفاعل التالي:

B2H6 + 6H2O → 2H3BO3+ 6H2

هاليدات البورون:

جميع عناصر المجموعة الثالثة تتفاعل مباشرة مع الهالوجينات، ويعرف عن الهاليدات في مجموعة البورون تذوب بسهولة في البنزين. تتكون الهاليدات من جميع العناصر في مجموعة البورون، لكن الوحيد الخاص والمميز بها هو TlI3، والأمر الخاص به هو أنه يشكل Tl مع I2 بدلاً من  +Tl1 مع -I3.

كل الهاليدات في مجموعة البورون ثلاثية، وكل مركبات الهاليدات الثلاثية تساهمية باستثناء مركب AlF3 أيوني ومركب AlX3 ثنائي في حين أن مركب BX3 هي مونومر.

12B+18Cl2 → 12BCl3
2Al+ 3Cl2  → 2AlCl3

 تتفاعل المجموعة الثالثة مع مركب الهيدروكلوريك أيضًا لإنتاج الهاليد كما في المعادلة الآتية:

2Al+6HCl → 2AlCl3+ 3H2

جميع هاليدات مجموعة البورون تعرف بأنها عبارة عن أحماض لويس، ويعرف عن هاليدات البورون بأنها صلبة أما هاليدات باقي المجموعة تكون ناعمة.

تفاعلات عامة لمجموعة البورون:

هذه المعادلات عبارة عن معادلات تحدث مع هيدرات وهاليدات مجموعة البورون ومع المجموعة بشكل عام:

AlCl3+ 3MeMgCl → Al(Me)3 + 3MgCl2

BCl3+3H2O B(OH)3+ 3HCl

(4LiH + AlCl3 → LiCl + Li(AlH4

يجب أن يتم التفاعل السابق بوجود Et2O3.

← Li + Al + 2H2

يجب أن يتم التفاعل السابق  بوجود Et2O3، تحت ضغط يساوي 250 بار و 400 كلفن.

4H2O + Li(AlH4) → LiOH + 4H2+ Al(OH)3

(4LiH + GaCl3  →LiGaH4 + 3(LiCl

BCl3 + 3HI →  BI3 + 3HCl

يجب أن يتم التفاعل السابق مع وجود التسخين.

• BX3 + 3H2O →B(OH)3 + 3HX

حيث أن X تساوي Cl أو Br أو I، وهذه المعادلة عبارة عن المعادلة العامة لتفاعل هاليد البورون مع الماء.