El pentaborano(9) es un compuesto inorgánico con la fórmula B 5 H 9 . Es uno de los grupos de hidruros de boro más comunes , aunque es un compuesto altamente reactivo. Debido a su alta reactividad con el oxígeno, alguna vez se evaluó como combustible para cohetes o aviones . Al igual que muchos de los hidruros de boro más pequeños, el pentaborano es incoloro, diamagnético y volátil. Está relacionado con el pentaborano(11) ( B 5 H 11 ).
Su estructura es la de cinco átomos de boro dispuestos en una pirámide cuadrada. Cada boro tiene un ligando hidruro terminal y cuatro hidruros se extienden por los bordes de la base de la pirámide. Se clasifica como una jaula nido.
Fue preparado por primera vez por Alfred Stock mediante pirólisis de diborano a unos 200 °C. [6] Una síntesis mejorada comienza a partir de sales de octahidrotriborato ( B 3 H−8), que se convierte en bromuro B 3 H 7 Br − utilizando HBr. La pirólisis de este bromuro produce pentaborano. [7]
En EE.UU., el pentaborano fue producido a escala comercial por Callery Chemical Company.
Por encima de los 150 °C, se descompone produciendo hidrógeno. A diferencia del diborano , es bastante estable a temperatura ambiente si se almacena adecuadamente. Es mucho más estable en presencia de agua que el diborano.
El pentaborano es un compuesto altamente polar, con un momento dipolar de 2,13 D. [8] Es soluble en hidrocarburos como el benceno y el ciclohexano , y en grasas , incluidas las utilizadas en equipos de laboratorio.
La química del pentaborano es extensa. [9] La halogenación da los derivados simétricos B 5 H 8 X , que pueden isomerizarse para colocar el haluro en la base de la pirámide cuadrada. Con bases fuertes como los reactivos de alquil litio , puede desprotonarse y las sales de litio resultantes reaccionan con diversos electrófilos para dar derivados sustituidos. Es ácido de Lewis , formando aductos dobles con dos equivalentes de trimetilfosfina . El pentaborano se utiliza para la síntesis de otros grupos de hidruro de boro. También es un precursor de los metallaboranos . Por ejemplo, reacciona con nonacarbonilo de dihierro para dar B 4 H 8 Fe(CO) 3 .
El pentaborano fue evaluado tanto por los servicios armados de Estados Unidos como de Rusia como un "combustible exótico". Debido a que los compuestos simples de boro arden con una llama verde característica, el apodo de este combustible en la industria estadounidense fue "Dragón Verde". En términos de calor de combustión , el pentaborano supera a sus compuestos de carbono equivalentes porque su elemento autoenlazante, el carbono , pesa al menos una unidad de masa atómica más que un átomo de boro , y algunos boranos contienen más hidrógeno que el equivalente de carbono. También se tiene en cuenta la facilidad de romper los enlaces químicos del compuesto.
El interés por esta sustancia comenzó como un posible combustible para aviones a reacción de alta velocidad. La mezcla de propulsores que produciría el mayor impulso específico para un motor de cohete a veces se da como difluoruro de oxígeno y pentaborano [ cita requerida ] . Durante los primeros años de la carrera espacial y la brecha de los misiles , los ingenieros de cohetes estadounidenses pensaron que podrían producir de manera más económica un cohete que pudiera competir con los soviéticos utilizando una primera etapa existente y colocando una etapa superior con un motor que produce empuje a un impulso específico muy alto encima, por lo que comenzaron proyectos para investigar este combustible.
Este pentaborano fue considerado para su uso como combustible por North American Aviation cuando el XB-70 Valkyrie estaba en las etapas de planificación, pero la aeronave terminó usando combustible de hidrocarburos en su lugar. El pentaborano también fue investigado para su uso como bipropelente con tetróxido de nitrógeno . [10] En la Unión Soviética, Valentin Glushko lo utilizó para el motor de cohete experimental RD-270M , en desarrollo entre 1962 y 1970. [11]
Se evaluaron otros boranos como combustibles, incluidos el propilpentaborano (BEF-2) y el etil decaborano (REF-3). [12] También se investigaron el diborano , el decaborano y sus derivados.
Los problemas de este combustible son su toxicidad y su característica de incendiarse al entrar en contacto con el aire. Además, sus gases de escape (al utilizarse en un motor a reacción) también serían tóxicos.
Estados Unidos destruyó sus últimas reservas de "Dragón Verde" en 2000, mucho después de que el pentaborano hubiera sido descartado por no ser utilizable. El procedimiento de destrucción hidrolizó el pentaborano con vapor para producir hidrógeno y una solución de ácido bórico . La larga demora se debió en parte a que no hay plantas industriales que consuman pentaborano como materia prima . En su lugar, los ingenieros del ejército construyeron un sistema a medida, apodado "Matadragones". [13]
Como uno de los compuestos que tienen una clasificación NFPA 704 (diamante de fuego) de 4 para cada categoría, naturalmente es extremadamente peligroso.
Por encima de los 30 °C puede formar concentraciones explosivas de vapores con el aire. Sus vapores son más pesados que el aire. Es pirofórico , es decir, puede encenderse espontáneamente en contacto con el aire, incluso cuando está ligeramente impuro. También puede formar fácilmente compuestos explosivos sensibles a los golpes y reacciona violentamente con algunos extintores de incendios, en particular con halocarbonos y agua. Es altamente tóxico y los síntomas de exposición a niveles más bajos pueden aparecer hasta 48 horas después. Su toxicidad aguda es comparable a la de algunos agentes nerviosos .
Los límites de exposición ocupacional para el pentaborano establecidos por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional y el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional son de 0,005 ppm (0,01 mg/m 3 ) durante un promedio ponderado en el tiempo de ocho horas, con un límite de exposición a corto plazo de 0,015 ppm (0,03 mg/m 3 ). [14] La toxicidad aguda del pentaborano ha hecho que se lo considere inmediatamente peligroso para la vida y la salud , con un límite establecido en 1 ppm. [15]