Borani
I borani sono composti chimici costituiti da boro e idrogeno.
I più leggeri tra essi sono composti poco stabili e infiammabili - bruciano facilmente con una fiamma dal tipico colore verde - ma la loro stablità cresce al crescere del peso molecolare; il decaborano, ad esempio, è un solido cristallino stabile, che non reagisce spontaneamente né con l'aria né con l'acqua.
La struttura chimica dei borani è particolare e non viene adeguatamente spiegata dalla formazione di legami covalenti normali; le struttura dei borani prevede infatti la formazione di legami chimici tricentrici, ovvero legami covalenti in cui il doppietto elettronico è esteso su tre atomi anziché su due.
| Indice |
Storia
Fu il chimico tedesco Alfred Stock il primo a caratterizzare la serie dei borani per analogia con quella degli alcani. I borani rimasero tuttavia una curiosità da laboratorio fino alla seconda guerra mondiale, quando il boroidruro di uranio fu oggetto di indagine per la messa a punto di processi per l'arricchimento isotopico dell'uranio. Herbert C. Brown (premio Nobel per la chimica nel 1979) iniziò a studiare i borani presso l'università di Chicago nel 1942 all'interno di questo progetto.
I reagenti a base di borani sono oggi molto noti e sfruttati nella sintesi di composti organici; il boroidruro di sodio è un reagente comunemente utilizzato per ridurre aldeidi e chetoni ad alcoli.
Sia gli Stati Uniti che l'Unione Sovietica tra gli anni '50 e '60 investirono parecchie risorse nello studio di carburanti ad alta energia basati sui borani da impiegarsi in aerei superveloci quali l'XB-70. Lo sviluppo della tecnologia dei missili terra-aria rese però gli aerei superveloci pococonvenienti e questi studi vennero accantonati. I bornai sono ancora oggi usati per alimentare i motori dell'aereo SR-71 "Blackbird".
Struttura chimica
La struttura e la reattività chimica dei borani sono essenzialmente dipendenti dal fatto che il boro possiede tre elettroni spaiati da impiegare per la formazione di legami e quattro orbitali in cui allocarli. Nel legarsi a tre atomi di idrogeno come nella molecola del borano, BH3, al boro rimane un orbitale p vuoto; questa insaturazione rende la molecola molto reattiva; il borano infatti con facilità dimerizza diventando diborano, B2H6, oppure forma clusters composti da numerosi atomi di boro.
La formazione del dimero o dei clusters compensa la lacuna elettronica del boro attraverso il prodursi di legami detti tricentrici B-H-B, ossia legami in cui il doppietto elettronico lega tre atomi anziché due ed in cui ogni atomo di boro assume l'usuale geometria tetraedica
H H H H H H H \ / \ / \ / \ / B + B -----> B B | | / \ / \ H H H H H
Tramite le regole emipirche messe a punto da Wade e Mingos è possibile determinare in modo non ambiguo la struttura geometrica di un cluster, nota la sua formula bruta.
Applicazioni industriali
Il diborano viene prodotto industrialmente in quantità dell'ordine delle migliaia di tonnellate/anno. Trova impiego come agente drogante nei semiconduttori e come reattivo nelle sintesi di composti organici.
Viene preparato per reazione dell'acido solforico con il boroidruro di sodio; industrialmente viene sintetizzato riducendo il borace con alluminio e idrogeno usando come catalizzatore del cloruro di alluminio.
Precauzioni
I borani sono considerati mediamente tossici ed i più leggeri tra essi sono facimlmente infiammabili.