Введение

chembox
| Verifiedfields = изменено
| Watchedfields = изменено
| verifiedrevid = 455081586
| Name =
| ImageFile = Pentaborane.png
| ImageFile1 = Pentaborane(9) из xtal вид 1 Mercury 3D bs.png
| IUPACName = Pentaborane(9)
| OtherNames = Pentaborane, pentaboron nonahydride, стабильный пентаборан
| SystematicName =
| Section1 =
| Section2 =
Пентаборан(9) – неорганическое соединение с формулой B5H9. Это один из наиболее распространенных кластеров гидридов бора, хотя и является высокореактивным соединением. Из-за высокой реакционной способности с кислородом он когда-то рассматривался в качестве ракетного или реактивного топлива. Как и многие другие малые гидриды бора, пентаборан бесцветен, диамагнитен и летуч. Он связан с пентабораном(11) (B5H11).

Реакции

Химия пентаборана обширна. Галогенирование приводит к образованию симметричных производных B5H8X, которые можно изомеризовать, чтобы расположить галоген у основания квадратной пирамиды. Под действием сильных оснований, таких как алкиллитиевые реагенты, он может быть депротонирован, а образовавшиеся соли лития реагируют с различными электрофилами, образуя замещенные производные. Пентаборан является кислотой Льюиса, образуя двойные аддукты с двумя эквивалентами триметилфосфина. Он используется для синтеза других кластеров гидридов бора, а также является предшественником металлоборанов. Например, он реагирует с диирононакарбонилом с образованием B4H8Fe(CO)3.

История его использования в качестве топлива

Пентаборан был оценен как вооруженными силами США, так и российскими вооруженными силами как так называемое "экзотическое топливо". Поскольку простые соединения бора горят характерным зеленым пламенем, в промышленности США это топливо получило прозвище "Зеленый Дракон". По теплоте сгорания пентаборан превосходит эквивалентные углеродные соединения, поскольку углерод, являющийся самосвязывающим элементом в этих соединениях, весит как минимум на одну атомную единицу массы больше атома бора, а некоторые бораны содержат больше водорода, чем их углеродные аналоги. Также учитывается легкость разрыва химических связей в этом соединении. Интерес к этому веществу возник как к возможному топливу для высокоскоростных реактивных самолетов. Оптимальной топливной смесью для ракетного двигателя, обеспечивающей наибольший удельный импульс, иногда называют дифторид кислорода и пентаборан. В первые годы космической гонки и в период превосходства советских ракет американские ракетные инженеры полагали, что они смогут создать ракету, способную конкурировать с советской, более экономично, используя существующую первую ступень и разместив на ней верхнюю ступень с двигателем, обеспечивающим очень высокий удельный импульс тяги. Поэтому были начаты проекты по изучению этого топлива. Компания North American Aviation рассматривала возможность использования пентаборана в качестве топлива при проектировании XB-70 Valkyrie, но в итоге самолет был оснащен углеводородным топливом. Также изучалась возможность использования пентаборана в качестве двухкомпонентного топлива с тетраоксидом азота. В Советском Союзе Валентин Глушко использовал его для экспериментального ракетного двигателя РД-270М, разрабатывавшегося с 1962 по 1970 год. В качестве топлива также оценивались другие бораны, включая пропилпентаборан (BEF 2) и этилдекаборан (REF 3). Исследовались также диборан, декаборан и их производные. Проблемы, связанные с этим топливом, включают его токсичность и склонность к самовозгоранию при контакте с воздухом. Кроме того, выхлопные газы при использовании в реактивном двигателе также были бы токсичными. США уничтожили свои последние запасы "Зеленого Дракона" в 2000 году, спустя долгое время после того, как пентаборан был признан неработоспособным. Процедура уничтожения заключалась в гидролизе пентаборана паром с образованием водорода и раствора борной кислоты. Длительная задержка была вызвана, в частности, отсутствием промышленных предприятий, использующих пентаборан в качестве сырья. Вместо этого военные инженеры построили специализированную систему, получившую прозвище "Убийца Дракона".

Безопасность

Как одно из соединений, имеющих рейтинг NFPA 704 (знак пожарной опасности) 4 по всем категориям, оно, естественно, крайне опасно. При температуре выше 30 °C оно может образовывать взрывоопасные концентрации паров в воздухе. Его пары тяжелее воздуха. Оно пирофорно – может самовоспламеняться при контакте с воздухом, даже при незначительной примеси. Оно также легко образует взрывоопасные соединения, чувствительные к удару, и бурно реагирует с некоторыми средствами пожаротушения, в частности с галогеноуглеводородами и водой. Оно высокотоксично, и симптомы при низком уровне воздействия могут проявиться с задержкой до 48 часов. Его острая токсичность сопоставима с токсичностью некоторых нервно-паралитических веществ. Предельно допустимые концентрации пентаборана на рабочем месте, установленные Управлением по охране труда и гигиене труда и Национальным институтом охраны труда и гигиены труда, составляют 0,005 ppm (0,01 мг/м³) при среднем взвешенном за восемь часов, с кратковременным предельно допустимым уровнем воздействия 0,015 ppm (0,03 мг/м³). Острая токсичность пентаборана обусловила его отнесение к веществам, представляющим непосредственную опасность для жизни и здоровья, с установленным пределом в 1 ppm.