Гидрид алюминия — AlH3, неорганическое бинарное соединение алюминия с водородом. В нормальных условиях — бесцветное или белое твёрдое вещество, имеющее полимерную структуру:n.
| Гидрид алюминия | |
|---|---|
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Гидрид алюминия |
| Традиционные названия | Гидрид алюминия, гидрид алюминия (III), алан |
| Хим. формула | (AlH3)n |
| Рац. формула | AlH3 |
| Физические свойства | |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 30,005 г/моль |
| Плотность | 1,45 |
| Термические свойства | Температура |
| • разложения | 105 | Энтальпия |
| • образования | − 12 кДж/моль |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 7784-21-6 |
| PubChem | 14488 |
| Рег. номер EINECS | 232-053-2 |
| SMILES |
[AlH3]
|
| InChI |
1S/Al.3H
AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N
|
| ChEBI | 30136 |
| ChemSpider | 13833 |
Впервые был получен в 1942 году действием тлеющего электрического разряда на смесь триметилалюминия и водорода.
Используется как компонент ракетного топлива, мощный восстановитель в органическом синтезе и в качестве катализатора для реакций полимеризации.
Молекулярная структура
Молекулярная структура гидрида алюминия α-(AlH3)n
Ячейка кристаллической решётки гидрида алюминия γ-(AlH3)n
Молекулярная структура димера гидрида алюминия Al2H6
В обычных условиях гидрид алюминия имеет полимерную молекулярную структуру (AlH3)n, при этом его кристаллическая форма существует в семи полиморфных модификациях: α-(AlH3)n, α1-(AlH3)n, β-(AlH3)n, δ-(AlH3)n, ε-(AlH3)n, γ-(AlH3)n, ζ-(AlH3)n.
Самой устойчивой является модификация α-(AlH3)n, имеющая гексагональную сингонию (пространственная группа R3c, а = 4,449 Å, b = 4,449 Å, c = 11,804 Å). Длина связи Al—H составляет 1,72 Å, длина связи Al—Al: 3,24 Å. Структура α-(AlH3)n представляет собой совокупность октаэдров АlН6, объединенных шестью трехцентровыми двухэлектронными связями Аl—Н—Аl в кристаллический каркас.
Модификация γ-(AlH3)n существует в ромбической сингонии, пространственная группа Pnnm (а = 5,3806 Å, b = 7,3555 Å, c = 5,77509 Å). Ячейка кристаллической решётки гидрида состоит из двух октаэдров AlH6, длина связи Al—Al составляет 2,606 Å. Особенностью структуры является наличие разветвлённой двойной мостиковой связи Al—2H—Al (длина связи Al—H: 1,68—1,70 Å) в дополнение к обычной связи Al—H—Al (длина связи Al—H: 1,77—1,78 Å). Из-за наличия больших полостей в кристаллической структуре γ-(AlH3)n, данная модификация имеет плотность примерно на 11 % меньше, чем α-(AlH3)n.
При взаимодействии распылённых лазером атомов алюминия с водородом при сверхнизких температурах (3,5 K) с последующим ультрафиолетовым излучением и нормализацией при 6,5 K, в продуктах фотолиза можно обнаружить структуры димера Al2H6, аналогичные структуре диборана B2H6. Димер очень неустойчив в конденсированном состоянии, поэтому его существование обнаружилось лишь спустя примерно пятьдесят лет после открытия гидрида алюминия.
В 2007 году группа учёных из США воздействовала на алюминий плазменным потоком атомов водорода и обнаружила, что в результате образуются различные анионные полиядерные гидриды алюминия, среди которых особый интерес вызвал анион Al4H6−, чей нейтральный гибрид Al4H6 по расчётам должен отличаться заметной стабильностью. Структурно соединение должно представлять искажённый тетраэдр с вершинами — атомами алюминия, в котором атомы водорода образуют четыре терминальные связи Al–H и две мостиковые связи Al–H–Al. Большой энергетический порог между высшими занятыми и низшими свободными молекулярными орбиталями в сочетании с исключительно высоким значением теплоты сгорания позволяют предположить, что этот гидрид алюминия может представлять собой перспективный материал для ракетного топлива.
Физические свойства
Гидрид алюминия представляет собой твёрдое белое или бесцветное вещество. Плотность 1,45 (по другим данным 1,47) г/см³. Растворим в тетрагидрофуране (5 г в 100 г растворителя при 19,5 °C).
Термодинамические константы:
- стандартная энтальпия образования, ΔHo298: −12 кДж/моль (по другим данным: −11,43±0,84 кДж/моль);
- стандартная энтропия, So298: 30 Дж/(моль·K) (по другим данным: 30,06±0,42 Дж/(моль·K));
- стандартная энергия Гиббса, ΔGo298: 46 кДж/моль (по другим данным: 46,52±0,96 кДж/моль).
Большое содержание водорода в гидриде алюминия обуславливает ряд его свойств, связанных с проблемой высокотемпературной сверхпроводимости: в области давлений ~60 ГПа и температуре ~1000 K он обладает полупроводниковым механизмом проводимости, а в области высоких давлений и температур (до 90 ГПа и 2000 K) его проводимость сопоставима с металлической электропроводностью водорода.
Химические свойства
- Соединение нестабильно: при нагревании выше 100 °C разлагается:
- Бурно взаимодействует с водой:
- Известны многочисленные реакции восстановления органических соединений с использованием гидрида алюминия .
- Взаимодействует с гидридом лития, образуя алюмогидрид:
- Медленно вступает в реакцию с дибораном, образуя борогидрид алюминия (точнее тетрагидридоборат алюминия):
Получение
Используемый сегодня принципиальный метод получения чистого гидрида алюминия из гидрида лития в среде диэтилового эфира был предложен ещё в 1947 году:
Вместо алюмогидрида лития можно использовать алюмогидрид натрия:
Долгое время считалось, что гидрид алюминия невозможно получить прямым взаимодействием элементов, поэтому для его синтеза использовали приведённые выше косвенные методы. Однако, в 1992 году группа российских учёных осуществила прямой синтез гидрида из водорода и алюминия, используя высокое давление (выше 2 ГПа) и температуру (более 800 K). Вследствие очень жёстких условий протекания реакции, в настоящий момент метод имеет лишь теоретическое значение.
Применение
Гидрид алюминия находит широкое применение в органическом синтезе в качестве сильнейшего восстанавливающего агента.
В связи с тем, что гидрид алюминия представляет собой соединение с высоким содержанием водорода (10,1 %), он используется в производстве ракетных топлив и некоторых взрывчатых веществ, а также для систем хранения и генерации в автономных энергетических водородных установках.
