Borani

Iboranisono composti chimici costituiti daboroeidrogeno.

I più leggeri tra essi sono composti poco stabili e infiammabili - bruciano facilmente con una fiamma dal tipico colore verde - ma la loro stabilità cresce al crescere del peso molecolare; ildecaborano,ad esempio, è un solido cristallino stabile, che non reagisce spontaneamente né con l'ariané con l'acqua.

La struttura chimica dei borani è a corredo carente di elettroni e non viene adeguatamente spiegata dalla formazione dilegami covalenticlassici; la struttura dei borani prevede infatti la formazione di legami chimicitricentrici(3c,2e), ovvero legami covalenti in cui ildoppietto elettronicoè esteso su tre atomi anziché su due.

Storia

Fu il chimicotedescoAlfred Stockil primo a caratterizzare la serie dei borani per analogia con quella deglialcani.I borani rimasero tuttavia una curiosità da laboratorio fino allaseconda guerra mondiale,quando ilboroidruro di uraniofu oggetto di indagine per la messa a punto di processi per l'arricchimentoisotopicodell'uranio.Herbert C. Brown(Premio Nobel per la chimicanel1979) iniziò a studiare i borani presso l'Università di Chicagonel1942all'interno di questo progetto. La struttura fu risolta daWilliam Lipscombpremio Nobel per la chimicanel 1976.

I reagenti a base di borani sono oggi molto noti e sfruttati nella sintesi dicomposti organici;ilboroidruro di sodioè un reagente comunemente utilizzato perridurrealdeidiechetoniadalcoli.

Sia gliStati Unitiche l'Unione Sovieticatra glianni cinquantaesessantainvestirono parecchie risorse nello studio dicarburantiad alta energia basati sui borani da impiegarsi in aerei superveloci quali l'XB-70 Valkyrie.Lo sviluppo della tecnologia dei missili terra-aria rese però gli aerei superveloci poco convenienti e questi studi vennero accantonati. I borani sono ancora oggi usati per alimentare i motori dell'aereoSR-71Blackbird.

Struttura chimica

La struttura e la reattività chimica dei borani sono essenzialmente dipendenti dal fatto che il boro possiede treelettronispaiati 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 orbitalepvuoto; questa insaturazione rende la molecola molto reattiva: il borano infatti con facilità dimerizza diventandodiborano,B₂H₆,oppure formaclusterscomposti da numerosi atomi di boro. Le strutture più stabili sono caratterizzate da formula generale [B_nH_n]^2-(n compreso tra 5 e 12), B_nH_n+4e B_nH_n+6.

La formazione del dimero o deiclusterscompensa la lacuna elettronica del boro attraverso il prodursi di legami dettitricentriciB-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

Regole di Wade e Mingos

Tramite le regole empiriche messe a punto da Wade e Mingos, neglianni 1970,è possibile determinare in modo non ambiguo la struttura geometrica di un cluster, nota la suaformula brutao il computo degli elettroni dello scheletro molecolare. Si tratta dideltaedri,poliedria facce triangolari, la cui geometria è legata al numero di atomi di boro.

• 
  diborano, B₂H₆
• 
  pentaborano-[9], B₅H₉
• 
  decaborano-[14], B₁₀H₁₄
• 
  B₁₂H₁₂^2-

Ogni frammento B-H contribuisce con una coppia di elettroni al computo totale relativo all'intera struttura, mentre ogni singolo H contribuisce con un solo elettrone. Nel caso in cui siano presenti cariche negative, occorre anche tenere conto di queste.

Struttura	Formula generale	Coppie elettroniche dello scheletro
closo-	[BnHn]2-	n+1
nido-	BnHn+4	n+2
aracno-	BnHn+6	n+3
ifo-	BnHn+8	n+4

I nomi delle strutture derivano dallalingua grecae in italiano significano gabbietta (closo), ragno (aracno) e rete (ifo).

Facciamo un esempio pratico dell'applicazione delle regole di Wade e Mingos. Si voglia determinare la geometria molecolare di B₅H₉.Dalla formula generale B_nH_n+4si ricava che trattasi dinido-B₅H₉.Ma analizziamo anche il problema dal punto di vista del calcolo delle coppie elettroniche: si possono distinguere 5 frammenti B-H, con un contributo di 5 coppie elettroniche, e altri 4 H che contribuiscono con due coppie; il computo totale risulta essere 5+2=7 coppie, che si accorda con la regola n+2 che identifica le strutturenido-.

La validità delle regole di Wade e Mingos è confermata dai calcoli degliorbitali molecolari.Infatti il computo totale degli elettroni corrisponde al totale riempimento degli orbitali leganti, con formazione quindi di una struttura stabilizzata.

Applicazioni industriali

Ildiboranoviene prodotto industrialmente in quantità dell'ordine delle migliaia di tonnellate/anno. Trova impiego come agente drogante neisemiconduttorie come reattivo nelle sintesi di composti organici, sfruttando la reazione diidroborazione.

Viene preparato per reazione dell'acido solforicocon il boroidruro di sodio; industrialmente viene sintetizzato riducendo ilboraceconalluminioeidrogenousando comecatalizzatoredelcloruro di alluminio.

Precauzioni

I borani sono considerati mediamente tossici ed i più leggeri tra essi sono facilmente infiammabili per esposizione all'aria. Per tale ragione spesso è necessario lavorare con i borani in condizioni particolari che prevedono ad esempio l'uso di linee da vuoto o atmosfere inerti.

Bibliografia

• M.A. Fox, K. Wade,Pure Appl. Chem.,75, 9, 1315 (2003)
• N.N. Greenwood, A. Earnshaw,Chemistry of the Elements (2.a edizione),Butterworth-Heinemann (1997)
• F.A Cotton, G. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochmann,Advanced Inorganic Chemistry (6.a edizione),Wiley-Interscience (1999)

Voci correlate

• Borazina
• Carborani
• Diborano

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Collegamenti esterni

• (EN) George B. Kauffman,borane,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.

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