هيدريد الألمنيوم AlH3

في الكيمياء إن مركب هيدريد الألمنيوم عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يمتلك الصيغة الكيميائية: (AlH3)، تم استعماله كمصدر للهيدروجين لفترة طويلة، لا يزال يتم استخدامه من أجل إنتاج الهيدروجين النقي في المختبرات لمختلف التجارب وخلايا الوقود المتقدمة وتطبيقات البطاريات، تم استعماله المركب على نطاق واسع لعقود كوسيلة آمنة ومريحة لتضخيم بالونات الطقس، كما أنه يستخدم بانتظام في المختبرات لإنتاج كميات صغيرة من الهيدروجين عالي النقاء لإجراء التجارب.

هيدريد الألومنيوم

هيدريد الألومنيوم يمتلك الصيغة الكيميائية (AlH3)، هو كاشف كيميائي يستخدم كعامل اختزال، يتم استخدامه في هيدروجين الألكينات وإعادة ترتيب الأليل وتخزين الهيدروجين في المركبات التي تعمل بوقود الهيدروجين، وهو عبارة عن مادة صلبة بوليمرية عديمة اللون، أنواع (AlH3) الجزيئية ليست مستقرة، لقد تم عزل أحادي (AlH3) عند درجة حرارة منخفضة في مصفوفة من الغازات النبيلة الصلبة وتبين أنه مستوٍ، وقد تم عزل الثنائي (Al2H6) في الهيدروجين الصلب وهو متساوي البنية باستخدام ثنائي البوران.

• هيدريد الألومنيوم هو عامل اختزال قوي، قد يتفاعل بعنف مع المؤكسدات، وقد يؤدي التعرض للحرارة لفترات طويلة إلى تحلل تلقائي، يمكن أيضًا أن تتحلل تلقائيًا في درجة الحرارة المحيطة بعنف متفجر.

ومن حين لآخر تحدث انفجارات عندما يتم تخزين هيدريد الألومنيوم في الأثير، تم إلقاء اللوم على الانفجارات على وجود شوائب ثاني أكسيد الكربون في الأثير، ويمكن أن تنبعث أبخرة سامة عند ملامسة هيدريد الألمنيوم للحمض أو أبخرة من حمض [لويس].

• في درجات الحرارة المرتفعة، يقلل هيدريد الألمنيوم ثاني أكسيد الكربون أو كربونات هيدروجين الصوديوم إلى ميثان وإيثان، هذه الغازات هي المنتجات المتفجرة التي تتشكل عند استخدام طفايات ثاني أكسيد الكربون أثناء حرائق الهيدريد.

• لقد تم الإبلاغ عن هيدريد الألومنيوم على أنه شوائب وأمينات ومجمعات إيثر عبر التاريخ، حتى تم نشر أول تركيب له في عام 1947 ميلادي من قبل فينهولت، بوند، وشليزنجر من مختبر جورج هربرت جونز في جامعة شيكاغو، ولقد تم منح براءة اختراع أمريكية للتوليف إلى (Petrie et al)، وفي عام 1999 ميلادي مع براءة الاختراع الأمريكية، رقم 6228338.

• قد يكون هيدريد الألومنيوم مادة مفيدة لتخزين الهيدروجين في المركبات التي تعمل بوقود الهيدروجين، حيث يحتوي على ما يصل إلى نسبة 10٪ من الهيدروجين بالوزن ويمكنه تخزين ما يصل إلى 148 جم لكل لتر، أي ضعف كثافة سائل الهيدروجين (H2)، ومع ذلك فإنه لا توجد حاليًا طرق لإعادة منتج الألمنيوم الثانوي إلى (AlH3) كما يظهر كمادة مضافة لوقود الصواريخ، يستخدم هيدريد الألومنيوم في التراكيب المتفجرة والألعاب النارية، وهيدريد الألومنيوم غير قابل للاشتعال تلقائيًا ولكنه شديد التفاعل.

• يوصى بالتعامل مع المادة الكيميائية المشابهة لإجراءات المناولة والاحتياطات الخاصة بهيدريد ألومنيوم الليثيوم، من المعروف أنه يتحلل في وقت قصير نسبيًا، 3 أيام، يجب استخدامه في غطاء الدخان، وقد يؤدي استنشاق الأبخرة أو المواد أو منتجات التحلل لهيدريد الألومنيوم أو ملامستها إلى إصابة خطيرة أو الوفاة، كما وقد تنتج محاليل أكالة عند ملامستها للماء، وتنتج غازات قابلة للاشتعال عند ملامستها للماء، وقد تشتعل عند ملامستها للماء أو الهواء الرطب.

• يتفاعل البعض من الهيدريدات بقوة أو بشكل متفجر عند ملامسته للماء، قد تشتعل بالحرارة أو الشرر أو اللهب، قد يعاد الاشتعال بعد إطفاء الحريق، يتم نقل بعضها في سوائل شديدة الاشتعال، هيدريدات بعض المعادن شديدة السمية، إذ تكون عبارة عن مادة غير مستقرة قابلة للاشتعال تلقائيًا في الهواء أو الأكسجين (O2).

• تتطور مادة متفجرة (H2) عند ملامستها للرطوبة، هناك خطر الانفجار الشديد عن طريق التفاعل الكيميائي حيث يتم إنتاج غاز الهيدروجين، أيضًا في ملامسة إيثرات الميثيل الملوثة بالخرطوم، المخاليط مع مشتقات تترازول قابلة للانفجار.

الهيكل والخصائص لهيدريد الألومنيوم

• يتكون هيدريد الألومنيوم على هيئة العديد من الأشكال المتعددة: (α-alane و α’-alane و β-alane و δ-alane و ε-alane و θ-alane و-alane)، يحتوي شكل (α-alane) على مورفولوجيا مكعبة أو معينية الوجوه، بينما تشكل (α’-alane) إبرة مثل البلورات وتشكل (γ-alane) حزمة من الإبر المندمجة، ألان قابل للذوبان في (THF والأثير).

• ويعتمد معدل ترسيبها من الأثير على طريقة التحضير، وتم تحديد هيكل (α-alane) ويحتوي على ذرات ألومنيوم محاطة بستة ذرات هيدروجين تصل إلى 6 ذرات ألومنيوم أخرى، مسافات (Al-H) كلها متساوية (172pm) وزاوية (Al-H-Al) هي 141 درجة، إن شكل (α-Alane) هو أكثر الأشكال متعددة الأشكال استقرارًا حرارياً.

• يتم إنتاج شكلي (β-alane و γ-alane) معًا، وسوف يتحولان فيما بعد إلى (α-alane) عند التسخين، ويتم إنتاج (δ و و θ-alane) في ظروف تبلور مختلفة، على الرغم من أنها أقل استقرارًا من الناحية الحرارية إلا أنها لا تتحول إلى ألفا ألان عند التسخين، يتشكل هيدريد الألومنيوم بسهولة مع قواعد لويس القوية.

تحضير هيدريد الألومنيوم

• يتم تحضير هيدريد الألومنيوم بشكل عام عن طريق معالجة محلول الأثير من هيدريد الألومنيوم الليثيوم (LAH) مع ثلاثي كلوريد الألومنيوم، ويتم تحضير محلول الأثير هيدريد الألومنيوم بعد ترسيب كلوريد الليثيوم، تتطلب عملية إذابة ثلاثي كلوريد الألومنيوم إضافة 0.5-4 مول من مكافئات ملح بوروهيدريد، وهو مكلف للغاية ولا يتم استعادته، وهذا يجعل عملية تصنيع هيدريد الألومنيوم باهظة الثمن.

3LiAlH4 + AlCl3 → 4 AlH3 + 3 LiCl

• يتطلب محلول الأثير من هيدريد الألومنيوم استخدامًا فوريًا؛ وذلك لأن المادة البوليمرية مع الأثير سوف تترسب مع هيدريد الألمنيوم وإلا، من المعروف أن محاليل هيدريد الألومنيوم تتحلل بعد 3 أيام، ويعتبر هيدريد الألومنيوم أكثر تفاعلًا من (LAH)، ولكن إجراء معالجة هيدريد الألومنيوم يجب أن يكون مماثلاً للإجراء المتبع في (LAH)، هناك أيضًا عدة طرق أخرى لتحضير هيدريد الألومنيوم:

2LiAlH4 + BeCl2 → 2 AlH3 + LiBeH2Cl2

2LiAlH4 + H2SO4 → 2 AlH3 + Li2SO4 + 2 H2

2LiAlH4 + ZnCl2 → 2 AlH3 + 2 LiCl + ZnH2

استخدامات هيدريد الألومنيوم

• يدخل هيدريد الألومنيوم في اختزال المجموعات الوظيفية في الكيمياء العضوية، إذ أنه من نواح كثيرة تفاعل هيدريد الألومنيوم يشبه تفاعل هيدريد الألومنيوم الليثيوم، وييختزل هيدريد الألومنيوم من الألدهيدات والكيتونات والأحماض الكربوكسيلية والأنهيدريد وكلوريد الحمض والإسترات واللاكتونات إلى الكحوليات المقابلة لها، كما ويتم تقليل الأميدات والنتريل والأكسيمات إلى الأمينات المقابلة لها.

• يمتلك هيدريد الألومنيوم انتقائية مختلفة عن كواشف هيدريد الأخرى، ويتم اختزال الهاليد العضوية ببطء أو لا يتم اختزالها على الإطلاق بواسطة هيدريد الألومنيوم، لذلك فإنه يمكن اختزال المجموعات الوظيفية التفاعلية مثل الأحماض الكربوكسيلية في وجود الهاليدات.

ولا يتم اختزال مجموعات النيترو بواسطة هيدريد الألومنيوم، وبالمثل فإنه يمكن أن ينجز هيدريد الألومنيوم اختزال الإستر في وجود مجموعات النيترو، وقد ثبت أن هيدريد الألومنيوم يضيف إلى كحول البروبارجليك، عند استعماله مع رباعي كلوريد التيتانيوم يمكن أن يضيف هيدريد الألومنيوم عبر الروابط المزدوجة.