ما هو ثنائي البوران – B2H6

في الكيمياء إن مركب ثنائي البوران هو عبارة عن مركب غازي يمتلك الصيغة الكيميائية التالية (B2H6)، يتكون من عنصر البورون وعنصر الهيدروجين ويمتلك رائحة كريهة، وهو يتشكل من خلال التفاعل بين هيدريد معدني وهاليد البورون، عادة في محلول الأثير، ويتحلل بسرعة في الماء إلى حمض البوريك والهيدروجين، كما ويسمى أيضا ديبوران (6).

معلومات عامة عن ثنائي البوران

• مع الهيدروجين يشكل البورون سلسلة من المركبات تسمى البوران، وأبسط هذه المركبات هي ثنائي البوران (B2H6)، وهو يعتبر واحد من أكثر الوسائط الكيميائية التي تمت دراستها بشكل كبير وهو الأكثر فائدة من الناحية الصناعية، علما أنه متوفر تجاريًا، ولسنوات عديدة لقد تم تحضير البوران ومشتقاته من ديبوران إما بشكل مباشر أو غير مباشر.

• يعتبر التركيب الجزيئي والسلوك الكيميائي لهيدرات البورون فريدة من نوعها بين المركبات غير العضوية، وعادةً ما يكشف تركيبها الجزيئي عن بعض ذرات البورون والهيدروجين التي تحيط بها أو ترتبط ارتباطًا وثيقًا بعدد أكبر من الذرات أكثر مما يمكن تفسيره برابطة زوج الإلكترون لكل زوج من الذرات.

• أدى هذا التباين إلى مفهوم الرابطة الكيميائية التي تتكون من زوج إلكترون غير موضعي بين ذرتين ولكن تتقاسمه ثلاث ذرات (رابطة ثلاثية الإلكترون ثنائية المراكز)، وأدت الروابط غير العادية المكونة من ثلاثة إلكترونين إلى مجموعة متنوعة من مركبات هيدريد البورون متعددة السطوح.

• الديبوران هو غاز عديم اللون ذو رائحة كريهة، وهو سام عن طريق الاستنشاق، ويتحلل بواسطة الماء الذي يعطي الهيدروجين، وهو غاز آخر قابل للاشتعال وحمض البوريك مادة غير خاضعة للرقابة، علما أن أبخرته أثقل من الهواء، ويمكن أن يؤدي التعرض طويل الأمد لتركيزات منخفضة أو التعرض قصير الأمد لتركيزات عالية إلى آثار صحية ضارة من الاستنشاق.

• هو غاز عديم اللون في درجة حرارة الغرفة مع رائحة كريهة وحلوة، ويمتزج جيدًا مع الهواء ويشكل بسهولة خلائط قابلة للانفجار، إذ أنه سوف يشتعل تلقائيًا في الهواء الرطب عند درجة حرارة الغرفة، ويستخدم ديبوران في الوقود الدافع للصواريخ وكعامل اختزال وكمادة فلكنة مطاطية ومحفز لبلمرة الهيدروكربون ومسرع سرعة اللهب وكعامل منشط، كما أنها تستخدم في الإلكترونيات من أجل إضفاء الخواص الكهربائية في البلورات النقية.

• الدايبوران هو مركب كيميائي يتكون من ذرات البورون والهيدروجين، علما أن هذا المركب غير مستقر بدرجة عالية في درجة حرارة الغرفة، وبشكل عام تسمى المركبات المكونة من ذرات البورون والهيدروجين بوران، كما وتمتزج هيدرات البورون جيدًا مع الهواء مكونًا خليطًا متفجرًا، لذا سوف تشتعل هذه المادة بسرعة في درجة حرارة الغرفة.

• يتكون هيكل جزيء ثنائي البوران من أربع ذرات هيدروجين وذرتين من ذرات البورون قادمة على نفس المستوى، أما بين هذه المستويات فإنه يقال أن هناك ذرتان من الهيدروجين مقسمتان، ومن المعروف أن ذرة البورون تمتلك التهجين من نوع (sp3) ولها أربعة مدارات هجينة، ومن هذه المدارات الأربعة المهجنة ثلاثة من المدارات بها إلكترون واحد لكل منها وواحد منها مدار فارغ.

• يشكل الإلكترونان الموجودان في المدارات الهجينة في كل من ذرات البورون رابطتين مع ذرات الهيدروجين (1s) وذرتا البورون المتبقيتان مع ذرات كل مداري إلكترون غير مداري ومدار فارغ يشكلان روابط الجسرين (B-H-B) مع ذرتي الهيدروجين (1s)، وتسمى أيضًا رابطة (MOs).

• وإذا أخذنا في الاعتبار الجزيء (B2H6) فإن هناك 12 إلكترونًا تكافؤًا تحت تصرفنا من أجل الترابط الكيميائي (B لها 3، و H لها 1، لذا 2xB + 6xH = 12)، وكل رابطة (B-H) هي تمثل رابطتان إلكترونيتين، وهناك أربعة من هؤلاء وهو ما يمثل ثمانية إلكترونات، وهذا يترك ما مجموعه أربعة إلكترونات للمشاركة بين الجسور (H) والذرات اثنين من ذرات (B).

• وبالتالي فإنه يتم تكوين رابطين تجسير (B – H – B)، يتكون كل منها من إلكترونين مكونين ما يسمى روابط ثلاثية المركز ثنائية الإلكترون (أي أن 3 ذرات تشترك في إلكترونين)، كما وتسمى أحيانًا روابط (MOs)، فهي ليست خطية بل منحنية، ويتم تهجين كل ذرة (B)، تقريبًا (sp3)، وإذا اعتبرنا واحدًا فقط من ذرات (B) واثنان من أربعة مدارات هجينة (sp3) تشكل روابط (s) إلى الطرف (H) (1s مدارات) هذا يترك اثنين من المدارات الهجينة (B) (sp3)، أحدهما يحتوي على إلكترون والآخر فارغ.

• لذلك لكل جسر يتحد مدار (sp3) واحد من كل ذرة (B) مع 1s مداري من ذرة (H) الجسور لتشكيل ثلاثة مدارات جزيئية جديدة (MOs)، كما هو الحال دائمًا تشكل (n) المدارات الذرية (AO) (n MOs)، ذرة واحدة بورون تعطي إلكترون التكافؤ المتبقي لجسر واحد وتعطي ذرة البورون الأخرى للجسر الآخر، كل جسر يحتوي على إلكترونين يملآن مخطط (MO) الجديد بدءًا من أقل طاقة ترابط (MO).

خصائص الديبوران

فيما يلي بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية للديبوران:

1. يقال إن الديبوران هو نوع من الغاز عديم اللون وقابل للاشتعال بدرجة كبيرة في درجات حرارة الغرفة، أما عند التركيزات العالية فإنه يشتعل بسرعة في وجود هواء رطب في درجة حرارة الغرفة.
2. رائحته جميلة.
3. يقال أن درجة غليانه تبلغ حوالي 180 كلفن.
4. هو عبارة عن غاز سام.
5. يطلق كمية هائلة من الطاقة عند حرقه في وجود الأكسجين.
6. يتحلل الديبوران بسهولة في الماء ليعطي غاز الهيدروجين وحمض البوريك.
7. من المعروف أن معظم الديبوران قابل للاشتعال في الهواء.

تحضير الديبوران

• إن التفاعل بين هيدريد فلز مع البورون ينتج ثنائي بوران (الديبوران)، وهذا هو النهج شائع في عملية الإنتاج الصناعي لمركب الديبوران.

• تفاعل اليود مع بوروهيدريد الصوديوم في الديجليم يمكن أيضًا أن ينتج ديبوران بكميات صغيرة.

2NaBH₄ + I2  → B₂H₆  + 2NaI + H₂

• عند تسخين بوريد المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك، فإنه يتم الحصول على خليط من البوران المتطاير.

2Mg₃B₂  + 12HCl → 6MgCl₂ + B₄H₁₀ + H₂

B₄H₁₀ + H₂ → 2B₂H₆

تفاعلات مركب ثنائي البوران

• لا يتفاعل ثنائي البوران النقي مع الهواء أو الأكسجين في درجة حرارة الغرفة، ولكنه يعطي أكسيد البورون (B2O3) مع كميات كبيرة من الطاقة مقدارها -2165 كيلو جول لكل مول في صورة غير نقية كما في المعادلة التالية:

B2H6 + 3O2 → B2O3 + 3H2O

• يتفاعل ثنائي البوران مع كحول الميثيل ليعطي ثلاثي ميثيل بورات كما في المعادلة التالية:

B2H6 + 6CH3OH → 2B (OCH3) 3 + 6H2

• التفاعل مع الهيدريدات الأيونية حيث أنه يشكل بوروهيدريد معدني عند معالجته بهيدرات المعدن.

• التفاعل مع الأمونيا، يتم إعطاء ثنائي البوران عند المعالجة بفائض من الأمونيا في درجات حرارة منخفضة، ويعطي البورازول عند تسخينه في درجات حرارة أعلى.

• التثقيب المائي، المذيب هو الأثير، يضاف ثنائي البوران إلى الألكينات والألكاينات عند درجة حرارة الغرفة، ويُطلق على هذا التفاعل اسم (hydroboration) ويستخدم بشكل شائع في الكيمياء العضوية التركيبية، خاصةً لإضافة مضاد ماركوفنيكوف.

B₂H₆ + 6RCH=CHR → 2B(RCH-CH₂R)₃

استخدامات وتطبيقات الديبوران

إن ثنائي البوران عبارة عن مادة كيميائية تمتلك العديد من التطبيقات في مختلف المجالات، وبعضها معطى أدناه:

1. يستخدم ثنائي البوران كوقود دفع للصواريخ.
2. يتم استخدام ثنائي البوران في تصنيع البوروفوسفوسيليكات وهو شكل من أشكال الزجاج.
3. يتم استعماله في معظم التفاعلات الكيميائية، ويتم استخدامه كعامل اختزال.
4. يستخدم ثنائي البوران كعامل مساعد ومبركن المطاط في تفاعلات البلمرة.
5. كما أنه يستخدم كعامل منشطات في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات.