سدیم تترا هیدروبورات

سدیم بورو هیدرید، یا سدیم تترا هیدرو بورات، ترکیبی معدنی با فرمولاسیون NaBH₄ است. این جامد سفید رنگ معمولاً به صورت پودری بوده و به عنوان عامل کاهنده در کاربردهای شیمیایی در دو مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می‌شود. این ماده در ساخت خمیر چوب کاربرد دارد، ولی به دلیل هزینه­ ی بالای آن در صنعت چوب از آن استفاده نمی‌شود. این ترکیب در الکل‌­ها، در برخی از اترها و در آب حل می­ شود، اگرچه به آهستگی هیدرولیز می­ شود.

سدیم بوروهیدراید
شناسنامه
نام گذاری آیوپاک	Sodium tetrahydroborate
فرمول مولکولی	NaBH4
جرم مولی	۳۷.۸۳ گرم بر مول
نما(ظاهر)	جامد سفیدرنگ
شماره ثبت سی‌ای‌اس	16940-66-2
دمای ذوب	۴۰۰ درجه سانتی‌گراد
دمای جوش	۵۰۰ درجه سانتی‌گراد
چگالی	۱.۰۷۴۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب
حلال‌ها	دیگلایم (51.5 g/L) alkaline MeOH (130 g/L)
انحلال‌پذیری با آب	ندارد. با آب واکنش نشان می‌دهد.
لوزی آتش
Related compounds
Other anions	سیانوبوروهیدرید سدیم سدیم هیدرید بوره بوره
Other cations	بروهیدرید لیتیم
Related compounds	لیتیم آلومینیوم هیدرید
Except where noted otherwise, data are given for materials in their standard state (at 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer and references

این ترکیب در دهه­ ی 1940 به وسیلهٔ ­ی H. I. Schlesinger کشف شد. H. I. Schlesinger به دنبال یافتن ترکیبات قرار اورانیوم بود. نتایج این تحقیق در سال 1953 از حالت محرمانه خارج شده و منتشر شد.

ویژگی­ها

سدیم بورو هیدرید پودری میکرو کریستالی بی بو به رنگ سفید و یا خاکستری مایل به سفید است که از حالت توده ­ی آن تهیه می ­شود. این ماده با استفاده از کریستالیزاسیون دوباره از دیگلیم گرم در دمای 50 درجه­ ی سانتیگراد تخلیص می­ شود. سدیم بورو هیدرید در حلال­های پروتیک از قبیل الکل و آب قابل حل است. ترکیب سدیم بوروهیدرید با این حلال­های پروتیک باعث تولید مولکول هیدروژن می­ شود، اگرچه این واکنش­ها به نسبت آرام است. تجزیه ­ی کامل محلول متانول نزدیک به 90 دقیقه در دمای بیست درجه­ ی سانتیگراد طول می­کشد. این ترکیب در محلول­های آبی خنثی و یا اسیدی تجزیه می­ شود، اما در pH=14 پایدار است.

ساختار

سدیم بوروهیدرید یک ترکیب نمکی است که ار آنیون‌های تتراهدرال ^-BH₄ تشکیل شده‌است. این ماده­ ی جامد به سه شکل α، β و ɤ یافت می­شود. پایدارترین فرم آن در دما و فشار اتاق فرم آلفای آن است. فرم آلفای این ترکیب مکعبی بوده و به عنوان ساختار نوع NaCl شناخته می­شود و در گروه فضایی Fm3m قرار می­ گیرد. در فشار GPa 3/6 ساختار آن به فرم تتراگونال (فرم بتا در گروه فضایی P42₁c) و در فشار GPa 9/8 به فرم اورتو رومبیک ( فرم گاما در گروه فضایی Pnma) تبدیل می­شود.

سنتز و نگه­داری

جهت سنتز تجاری سدیم بوروهیدرید از دو روش براوون-اشلسینگر (Brown-Schlesinger) و بایر (Bayer) استفاده می­ شود. در روش براوون-اشلسینگر سدیم بوروهیدرید در مقیاس صنعتی تهیه با روش ابتدایی اشلسینگر تهیه می­ شود. در این روش سدیم هیدرید که از واکنش سدیم با مولکول­های هیدروژن به دست می­ آید با تری متیل بورات در دمای بین 250 تا 270 درجه­ ی سانتیگراد واکنش می‌دهد.

B(OCH₃)₃ + 4 NaH → NaBH₄ + 3 NaOCH₃

با تولید میلیون­ها کیلوگرم از این ماده، سطح تولید آن در جهان از هر نوع مواد کاهنده­ ی هیدریدی بیشتر است. همچنین از برهمکنش NaH بر سطح شیشه­ ی بوروسیلیکات به دست می­ آید.

در فرایند بایر سدیم بوروهیدرید از برهمکنش بوراکس، سدیم، هیدروژن، سیلیسیم اکسید در دمای 700 درجه­ی سانتیگراد سنتز می­شود:

Na₂B₄O₇ + 16 Na + 8 H₂ + 7 SiO₂ → 4 NaBH₄ + 7 Na₂SiO₃

اخیراً تلاش­هایی در جهت اصلاح روش بایر در جهت جایگزینی ماده ­ی کاهنده­ ی سدیم با منیزیم صورت گرفته‌است. دو روشی که در ادامه آورده شده­ اند به عنوان روش­هایی در جهت اصلاح روش بایر ارائه شده ­اند. اما برای هر دو مورد هنوز مشکل بازدهی بالا و واکنش سریع حل نشده‌است:

8MgH₂ + Na₂B₄O₇ + Na₂CO₃ → 4 NaBH₄ + 8 MgO + CO₂

و

2MgH₂ + NaBO₂ → NaBH₄ + 2 MgO

واکنش پذیری

سدیم بورو هیدرید باعث کاهش بسیاری ار ترکیبات آلی می­شود. از این ترکیب بیشتر در تبدیل کتون­ها و آلدهیدها به الکل استفاده می­ شود. این ترکیب به‌طور مؤثر آسیل کلرایدها، انیدریدها، آلفا هیدروکسی لاکتون­ها، تیواسترها و ایمین‌ها را در دمای اتاق یا دمای پایینتر کاهش م ی­دهد. این ماده استرها را به آهستگی و با بازدهی کم در حضور مقدار زیادی از ماده و یا دمای بالا کاهش می ­دهد، در حالی که قادر به احیای کربوکسیلیک اسیدها و آمیدها نمی ­باشد. این ماده با تولید گاز هیدروژن و تشکیل نمک بورات با آب و الکل مخصوصاً در pHهای اسیدی واکنش می­ دهد.

اغلب از یک الکل معمولاً متانول و یا اتانول به عنوان حلال برای سدیم بوروهیدرید در احیای آلدهیدها و کتون­ها استفاده می­ شود.

شیمی کئوردیناسیون

BH^-₄ یک لیگاند برای یونهای فلزی است. کمپلکس فلزات با بوروهیدرید از واکنش سدیم بوروهیدرید با هالیدهای فلزی به دست می­ آید. یک مثال تشکیل کمپلکس تیانوسن است.

2 C (₅H₅)₂TiCl₂ + 4 NaBH₄ → 2 (C₅H₅)₂TiBH₄ + 4 NaCl + B₂H₆ + H₂

_{کاربردها}

کاربرد اصلی سدیم بوروهیدرید تولید سدیم دی تیونید از دی اکسید سولفور است. سدیم دی تیونید به عنوان سفیدکننده در تولید خمیر چوب و در صنعت رنگ سازی استفاده می­شود.

همانطور که قبلاً اشاره شد سدیم بورو هیدرید آلدهیدها و کتون­ها را به الکل­ها ایا می­کند. از این واکنش برای تولید آنتی­‌بیوتیک­های مختلف از جمله کلرامفنیکول، دی هیدرواسترپتومایسین و تیوفنیکول استفاده می­شود. ویتامین A و استروئیدهای مختلف با استفاده از سدیم بوروهیدرید در یک مرحله سنتز می­شوند.

از سدیم بوروهیدرید در تهیهٔ نانو ذرات طلا به عنوان احیاکننده استفاده می­شود.

سدیم بوروهیدرید به عنوان یک گزینهٔ حالت جامد برای ذخیره­ هیدروژن در نظر گرفته می­شود. اگرچه دما و فشار عملی رأی ذخیره‌­سازی هیدروژن به دست آورده نشده‌­اند، در سال 2012 نانو ساختار هسته-پوسته از سدیم بوروهیدرید برای ذخیره‌سازی، رهایش و بازجذب هیدروژن تحت شرایط معتدل با موفقیت استفاده شد.

سدیم بوروهیدرید به عنوان عامل احیاکننده در فرایند تثبیت در کتاب و مدارک قدیمی استفاده میشود.

ایمنی

سدیم بوروهیدرید منبع نمک­های بورات است و می‌تواند خورنده باشد، و یا منبع نمک­های هیدروژن یا دی بوران است که هر دو قابل اشتعال می­باشند. اشتعال خود به خود می­تواند از انحلال سدیم بوروهیدرید در دی متیل فرم آمید ناشی شود.