El pentaborano (9) es un compuesto inorgánico con la fórmula B 5 H 9 . Es uno de los grupos de hidruro de boro más comunes, aunque es un compuesto muy reactivo. Debido a su alta reactividad con el oxígeno, alguna vez se evaluó como combustible para cohetes o aviones . Como 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 abarcan los bordes de la base de la pirámide. Está clasificada como jaula nido.
Fue preparado por primera vez por Alfred Stock mediante pirólisis de diborano a unos 200 °C. [5] Una síntesis mejorada comienza a partir de sales de octahidrotriborato ( B 3 H−8), que se convierte en bromuro B 3 H 7 Br - usando HBr. La pirólisis de este bromuro da pentaborano. [6]
En Estados Unidos, Callery Chemical Company produjo pentaborano a escala comercial.
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. [7] 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. [8] 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 reactivos de alquillitio , se puede desprotonar 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 dihierro nonacarbonilo para dar B 4 H 8 Fe (CO) 3 .
El pentaborano fue evaluado tanto por las fuerzas armadas estadounidenses como rusas como un llamado "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 era "Dragón Verde". En términos de calor de combustión , el pentaborano supera a sus compuestos de carbono equivalentes porque su elemento autoenlazado, el carbono , pesa al menos una unidad de masa atómica más que un átomo de boro , y algunos boranos contienen más hidrógeno que el carbono equivalente. También se tiene en cuenta la facilidad para romper los enlaces químicos del compuesto.
El interés por esta sustancia comenzó como posible combustible para aviones de alta velocidad. La mezcla de propulsor que produciría el mayor impulso específico para un motor de cohete a veces se presenta 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 podían producir a un precio más bajo un cohete que competiría con los soviéticos utilizando una primera etapa existente y colocando una etapa superior con un motor que produjera empuje a una velocidad muy alta. alto impulso específico encima de él. Entonces se iniciaron proyectos para investigar este combustible.
La aviación norteamericana consideró el uso de este pentaborano como combustible cuando el XB-70 Valkyrie estaba en las etapas de planificación, pero el avión terminó usando combustible de hidrocarburos. También se investigó el uso del pentaborano como bipropelente con tetróxido de nitrógeno . [9] En la Unión Soviética, Valentin Glushko lo utilizó para el motor de cohete experimental RD-270M , en desarrollo entre 1962 y 1970. [10]
Se evaluaron otros boranos como combustibles, incluido el propilpentaborano (BEF-2) y el etildecaborano ( REF-3). [11] También se investigaron el diborano y el decaborano y sus derivados.
Los problemas de este combustible incluyen su toxicidad y su característica de estallar en llamas al contacto con el aire. Además, sus gases de escape (cuando se utilizan 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 fuera descartado por considerarlo inviable. El procedimiento de destrucción hidrolizó el pentaborano con vapor para producir hidrógeno y una solución de ácido bórico . El largo retraso se produjo en parte porque no hay plantas industriales que consuman pentaborano como materia prima . En lugar de ello, los ingenieros del ejército construyeron un sistema hecho a medida, apodado "Dragon Slayer". [12]
Como uno de los compuestos que tiene una clasificación NFPA 704 (diamante de fuego) de 4 para cada categoría, es naturalmente extremadamente peligroso.
Por encima de 30 °C se pueden formar concentraciones explosivas de vapores con el aire. Sus vapores son más pesados que el aire. Es pirofórico : puede encenderse espontáneamente en contacto con el aire, aunque sea 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 ocurrir con un retraso de hasta 48 horas. Su toxicidad aguda es comparable a la de algunos agentes nerviosos .
Los límites de exposición ocupacional al pentaborano establecidos por la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional y el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional son de 0,005 ppm (0,01 mg/m 3 ) durante un promedio ponderado de tiempo de ocho horas, con un límite de exposición a corto plazo de 0,015 ppm (0,03 mg/m3 ) . [13] La toxicidad aguda del pentaborano ha hecho que se considere inmediatamente peligroso para la vida y la salud , con un límite fijado en 1 ppm. [14]