Idruro di alluminio
| Idruro di alluminio | |
|---|---|
 | |
| Nome IUPAC | |
| triidruro di alluminio alano | |
| Nomi alternativi | |
| idruro di alluminio(III) | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | AlH3 |
| Massa molecolare (u) | 29,99 |
| Aspetto | Solido cristallino bianco, non volatile, polimerico. |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 232-053-2 |
| PubChem | 14488 |
| SMILES | [AlH3] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 1,477 |
| Solubilità in acqua | reagisce vigorosamente |
| Temperatura di fusione | 150 °C |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | -9,9 |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
 
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| Frasi H | --- |
| Consigli P | --- |
L'idruro di alluminio (nomi sistematici: triidruro di alluminio o alano) è un composto chimico binario dell'alluminio(III) con l'idrogeno, avente come formula minima AlH3.[1]
È un solido instabile sopra i 150 °C. Ha proprietà riducenti e reagisce violentemente con acqua e altre sostanze protiche liberando idrogeno. Non ha utilizzi pratici significativi, e non è disponibile in commercio.
Storia
[modifica | modifica wikitesto]AlH3 fu sintetizzato per la prima volta nel 1942 da Egon Wiberg (1901-1976).[2]
Struttura e proprietà
[modifica | modifica wikitesto]A seconda delle condizioni, in questo idruro l'atomo di alluminio può essere tri-, tetra- o esacoordinato.
Stato gassoso
[modifica | modifica wikitesto]In particolari condizioni, sono state isolate molecole di AlH3 intrappolate in matrici solide di gas nobili.[3] In questi casi l'atomo Al è tricoordinato in una molecola AlH3 planare, isoelettronica di valenza e isostrutturale con quella del borano (BH3). Il dimero Al2H6, analogo al diborano (B2H6), come pure al digallano (Ga2H6),[4][5] è stato isolato in matrici di idrogeno solido.[6] Qui l'atomo Al raggiunge la tetracoordinazione.
In fase gassosa AlH3 esplica la sua natura di acido di Lewis reagendo esotermicamente con lo ione idruro:
- AlH3 + H− → AlH4−
L'affinità per lo ione idruro (hydride ion affinity)[7] di AlH3 risulta, da questa reazione, pari a 314 ±17 kJ/mol.[8]
Stato solido
[modifica | modifica wikitesto]L'idruro di alluminio solido è polimerico, (AlH3)x.[9][10] Ne esistono molti polimorfi, detti α-, β-, γ-, δ-, ε- e ζ-AlH3.[11] La forma più stabile è la α-AlH3. Questa è un composto appena di poco esotermico (ΔHƒ° = -9,9 ± 0,4 kJ/mol), ma leggermente endoergonico (ΔGƒ° = +48,5 ± 0,4 kJ/mol).[12]
A contatto con acqua, si decompone vigorosamente svolgendo idrogeno e, meno vigorosamente con alcoli. È solubile in eteri (Me2O, Et2O, tetraidrofurano, 1,4-diossano) e in ammine terziarie (Me3N, Et3N).[13]
Parametri strutturali
[modifica | modifica wikitesto]Della forma α-AlH3 è stata determinata la struttura cristallina tramite diffrazione dei raggi X e diffrazione neutronica. Ogni atomo di alluminio è esacoordinato, circondato ottaedricamente da sei atomi di idrogeno che fanno da ponte ad altri sei atomi di alluminio. Le distanze Al–H sono tutte equivalenti (172 pm) e l'angolo Al–H–Al è di 141°.[14] Da questi dati si ricava geometricamente che in α-AlH3 cristallino la distanza tra due atomi di Al vicini è di ~324 pm, un valore che è intermedio tra il doppio del raggio di van der Waals di Al (2×184 pm = 368 pm)[15] e la distanza tra due atomi di alluminio adiacenti nell'alluminio metallico, pari a 286,3 pm.[16][17] Questo indica una situazione di parziale interazione di legame tra gli atomi di alluminio in α-AlH3.
 |  |  |
Cella primitiva di α-AlH3 | Coordinazione di Al | Coordinazione di H |
Sintesi
[modifica | modifica wikitesto]La sintesi più conveniente si effettua facendo reagire in soluzione eterea di tetraidroalluminato di litio LiAlH4 e tricloruro di alluminio AlCl3 in condizioni rigidamente controllate. A seconda delle condizioni usate si può determinare quale polimorfo ottenere:[18]
Altre preparazioni sono le seguenti:
Reattività
[modifica | modifica wikitesto]L'idruro di alluminio è instabile sopra i 150 °C; ha proprietà riducenti più spiccate del borano e reagisce violentemente con acqua e altre sostanze protiche liberando idrogeno.[19] Come il borano, è un acido di Lewis e reagisce con le ammine per dare addotti; a temperatura ambiente possono essere isolati bis-addotti con Al pentacoordinato e a 100 °C gli addotti tetraedrici con Al tetracoordinato:[20]
- AlH3 + 2 R3N → (R3N)2AlH3
- AlH3 + R3N → (R3N)AlH3
Con il tetraidrofurano forma addotti simili, tra cui (THF)2AlH3.[20]
Reagisce con l'idruro di litio (e similmente con gli altri idruri alcalini) in etere, per dare l'importante e potente reattivo riducente tetraidroalluminato di litio, benché esistano altre vie di preparazione più convenienti:
- AlH3 + LiH → LiAlH4
Per reazione con il diborano sciolto in etere dietilico (H3B·Et2O), AlH3 forma in opportune condizioni l'importante complesso tris(tetraidroborato) di alluminio, un liquido volatile incolore (Teb. = 44,5 °C), nella cui molecola ci sono tre coppie di atomi di idrogeno a ponte, condivisi tra Al e B e formulabile come [Al(η2-BH4)3]:[21][22]
- AlH3 + 3 BH3 → Al(BH4)3
Applicazioni
[modifica | modifica wikitesto]L'idruro di alluminio non ha utilizzi pratici significativi, e non è disponibile in commercio. È stato studiato come possibile additivo per propellenti solidi per razzi.[23] Inoltre, essendo una sostanza contenente idrogeno nel proprio reticolo cristallino, è stato studiato come materiale di potenziale interesse nello sviluppo di veicoli alimentati a idrogeno.[11] Nessuna di queste applicazioni ha finora (2013) avuto successo.
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ↑ (EN) Aluminium hydride, su www.chemspider.com. URL consultato il 17 gennaio 2026.
- ↑ Stecher e Wiberg 1942
- ↑ Fabian A. Kurth, Robert A. Eberlein e Hansgeorg Schnöckel, Molecular aluminium trihydride, AlH3: generation in a solid noble gas matrix and characterisation by its infrared spectrum and Ab initio calculations, in J. Chem. Soc., Chem. Commun., n. 16, 1993, pp. 1302-1304.
- ↑ Lester Andrews e Xuefeng Wang, The Infrared Spectrum of Al2H6 in Solid Hydrogen, in Science, vol. 299, n. 5615, 28 marzo 2003, pp. 2049–2052, DOI:10.1126/science.1082456. URL consultato il 16 gennaio 2026.
- ↑ Colin R. Pulham, Anthony J. Downs e Michael J. Goode, Gallane: synthesis, physical and chemical properties, and structure of the gaseous molecule Ga2H6 as determined by electron diffraction, in Journal of the American Chemical Society, vol. 113, n. 14, 1º luglio 1991, pp. 5149–5162, DOI:10.1021/ja00014a003. URL consultato il 16 gennaio 2026.
- ↑ Catherine E. Housecroft e Alan G. Sharpe, Inorganic chemistry, 3ª ed., Pearson Prentice Hall, 2008, p. 335, ISBN 978-0-13-175553-6.
- ↑ Daniel J. Goebbert e Paul G. Wenthold, Gas-phase hydride affinities of neutral molecules, in International Journal of Mass Spectrometry, vol. 257, n. 1, 1º novembre 2006, pp. 1–11, DOI:10.1016/j.ijms.2006.06.004. URL consultato il 17 gennaio 2026.
- ↑ D. J. Goebbert, H. Hernandez e J. S. Francisco, The binding energy and bonding in dialane, vol. 127, n. 33, 2005, pp. 11684–11689, DOI:10.1021/ja0424070. URL consultato il 17 gennaio 2026.
- ↑ Nils Wiberg, Egon Wiberg e Arnold Frederik Holleman, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2017, p. 1228, ISBN 978-3-11-026932-1.
- ↑ (EN) Paul Galatsis, Herman O. Sintim e Jingxin Wang, Aluminum Hydride, John Wiley & Sons, Ltd, 2008, DOI:10.1002/047084289X.ra082.pub2, ISBN 978-0-470-84289-8. URL consultato il 17 gennaio 2026.
- 1 2 Graetz et al. 2006
- ↑ (EN) Jason Graetz e James J. Reilly, Thermodynamics of the α , β and γ polymorphs of AlH3, in Journal of Alloys and Compounds, vol. 424, n. 1-2, 2006-11, pp. 262–265, DOI:10.1016/j.jallcom.2005.11.086. URL consultato il 17 gennaio 2026.
- ↑ (EN) aluminum hydride, su chemister.ru. URL consultato il 17 gennaio 2026.
- ↑ Turley e Rinn 1969
- ↑ Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin e Rosendo Valero, Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group, in The Journal of Physical Chemistry A, vol. 113, n. 19, 14 maggio 2009, pp. 5806–5812, DOI:10.1021/jp8111556. URL consultato il 20 gennaio 2026.
- ↑ Ralph W. c Wyckoff, https://som.web.cmu.edu/StructuresAppendix2.pdf#page=3, in Crystal Structures Vol 1, Interscience Publishers, New York, 1948. URL consultato il 20 gennaio 2026.
- ↑ WebElements Periodic Table » Aluminium » radii of atoms and ions, su www.webelements.com. URL consultato il 20 gennaio 2026.
- ↑ Brower et al. 1976
- ↑ Greenwood e Earnshaw 1997
- 1 2 Egon Wiberg, Nils Wiberg e A. F. Holleman, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2017, p. 1340, ISBN 978-3-11-026932-1.
- ↑ Nils Wiberg, Egon Wiberg e Arnold Frederik Holleman, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2017, p. 1342, ISBN 978-3-11-026932-1.
- ↑ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth-Heinemann, 1997, pp. 228-230, ISBN 0-7506-3365-4.
- ↑ Sullivan 1998
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- F. M. Brower, N. E. Matzek, P. F. Reigler, H. W. Rinn, C. B. Roberts, D. L. Schmidt, J. A. Snover, K. Terada, Preparation and properties of aluminum hydride, in J. Am. Chem. Soc., vol. 98, n. 9, 1976, pp. 2450-2453, DOI:10.1021/ja00425a011. URL consultato il 29 novembre 2013.
- J. Graetz, J. Reilly, G. Sandrock, J. Johnson, W. M. Zhou, J. Wegrzyn, Aluminum Hydride, AlH3, As a Hydrogen Storage Compound, in Technical Report BNL--77336-2006, 2006, DOI:10.2172/899889. URL consultato il 29 novembre 2013.
- (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.
- O. Stecher e E. Wiberg, Über einen nichtflüchtigen, polymeren Aluminiumwasserstoff (AlH3)x und einige flüchtige Verbindungen des monomeren AlH3, in Ber. deutsch. chem. Ges., vol. 75, n. 12, 1942, pp. 2003-2012, DOI:10.1002/cber.19420751280. URL consultato il 29 novembre 2013.
- (EN) E. A. Sullivan, Hydrides, in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4ª ed., John Wiley & Sons, 1998.
- J. W. Turley e H. W. Rinn, Crystal structure of aluminum hydride, in Inorg. Chem., vol. 8, n. 1, 1969, pp. 18-22, DOI:10.1021/ic50071a005. URL consultato il 29 novembre 2013.
Altri progetti
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Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- Idruro di alluminio, su webelements.com.
- Immagazzinamento dell'idrogeno, su bnl.gov. URL consultato il 22 maggio 2008 (archiviato dall'url originale il 23 agosto 2006).
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