Пентаборан

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пентаборан
Pentaborane-3D-balls.png
Общие
Хим. формула B5H9
Физические свойства
Молярная масса 63.13 г/моль
Плотность 0,62 ± 0,01 г/см³[1]
Энергия ионизации 9,9 ± 0,1 эВ[1]
Термические свойства
Т. плав. −52 ± 1 °F[1]
Т. кип. 140 ± 1 °F[1]
Т. всп. 86 ± 1 °F[1]
Пр. взрв. 0,42 ± 0,01 об.%[1]
Давление пара 171 ± 1 мм рт.ст.[1]
Классификация
Рег. номер CAS 19624-22-7
Рег. номер EINECS 243-194-4
SMILES
InChI
RTECS RY8925000
ChemSpider
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

«Пентабора́н» — также называемый «нонагидри́д пентабо́ра», «стабильный пентабора́н» и «Пентабора́н(9)» для того, чтобы отличать его от соединения бора B5H11 — химическое соединение, которое рассматривалось военными 1950-х годов в США и СССР, в качестве перспективного ракетного/самолетного топлива, называемого также «экзотическим горючим». Молекула состоит из пяти атомов бора и девяти атомов водорода (B5H9) и является одним из бороводородов. В обычных условиях имеет вид бесцветной жидкости с едким чесночно-ацетонным запахом, которая экзотермично реагирует с водой при температуре выше 30 °C и в виде образовавшихся паров — с воздухом. Точка замерзания составляет −46,8 °C, кипения 60,1 °C, молярная масса 63,13 г/моль и обладает низкой плотностью 0,618 г/мл. Из-за того, что пламя борных соединений имеет характерный зелёный цвет, в США пентаборан имеет неформальное имя «Зеленый дракон».

Обзор свойств[править | править код]

Пентаборан хорошо растворим в углеводородах — бензоле, циклогексане и всех смазочных материалах. При хранении подвержен незначительному химическому разложению с выделением небольшого количества водорода и твёрдого осадка. Производство осуществляется путём пиролиза диборана. В США пентаборан производился «Химической компанией Каллери» (en). Архивировано 31 марта 2012 года. В 1985 году «Каллери» выкупила часть резервного топлива и переработала его на составляющие элементы — бор и водород.

Пожароопасность[править | править код]

Пары пентаборана тяжелее воздуха, являются пирофорными, то есть могут внезапно воспламениться при контакте с воздухом даже при незначительном загрязнении. Легко формирует взрывоопасные соединения, детонирующие при ударе, активно горит и взрывается при контакте с многими средствами пожаротушения, в частности при контакте с водой и галогенуглеводородами. При температуре выше 150 °C распадается с выделением водорода, что может представлять опасность при хранении в закрытом контейнере из-за роста давления. Нестабилен в присутствии диборана.

Токсичность[править | править код]

Hazard T.svg

Пары чрезвычайно токсичны при вдыхании, попадании на кожу, слизистые оболочки, в глаза и пищеварительный тракт. К поражениям внутренних органов пентабораном относятся поражения печени, почек и нервной системы. Ранние симптомы слабого отравления могут проявиться через 48 часов. Попадание пентаборана на кожу по внешнему виду схоже с симптомами обморожения. Кроме общей токсичности, это вещество поражает нервную систему и обладает нервно-паралитическим действием, которое по силе сравнимо с боевыми отравляющими веществами.

Топливо[править | править код]

Водород является наиболее эффективным топливом при использовании таких окислителей как кислород и фтор, но сжижается лишь при очень низких температурах с дополнительным недостатком в виде низкой плотности. Таким образом, производились и производятся поиски химического соединения водорода с как можно более плотным содержанием водорода на долю вещества. Пентаборан имеет преимущество в качестве эффективного топлива по сравнению с углеводородами по причине ме́ньшей атомной массы бора (основной изотоп 10B) по сравнению с углеродом (основной изотоп 12C). Таким образом, бор легче на две атомные единицы массы, а некоторые бороводороды содержат больше атомов водорода по сравнению с углеводородными эквивалентами. Кроме этого, рассматривается также лёгкость разрушения химических связей соединения.

Первоначальный интерес к пентаборану возник в связи с поиском топлива для сверхзвуковых самолетов. Считается, что наибольший удельный импульс в результате сжигания топлива и окислителя может быть получен при использовании пары компонентов пентаборан/OF2 (дифторид кислорода). В ходе первых лет космической гонки и холодной войны, инженеры были вынуждены искать способы увеличения эффективности двигателей для уменьшения затрат при эксплуатации авиационной и ракетной техники. Например, рассматривались варианты с очень токсичными, но эффективными третьими ступенями ракет-носителей (см. РН «УР-700»).

Проблемы с данным топливом заключались в его токсичности, в его свойстве вспыхивать при контакте с воздухом и токсичности продуктов горения. Безопасный и дешёвый способ утилизации пентаборана был изобретён только в 2000 году — он основан на гидролизе пентаборана водяным паром, в результате которого получаются газообразный водород и раствор борной кислоты (Н33). Это позволило избавиться от накопленных запасов B5H9 в США, за что эта технология получила неформальное название «Убийцы дракона»[2].

Среди реализованных проектов, которые использовали пентаборан в качестве топлива, следует отметить проект американского сверхзвукового бомбардировщика «Валькирия» (XB-70), который не был принят на вооружение по причине прекращения экспериментов с использованием этого вида топлива в США в 1959 году[3]. Также пентаборан исследовался в качестве топлива-кандидата с окислителем N2О4 (или ТА)[4]. Академик В. П. Глушко в СССР использовал его в версии экспериментального ЖРД РД-270 («РД-270M») в ходе разработки двигателя в период 1962-1970 годов[5].

Пентаборан с разными окислителями[править | править код]

В зависимости от выбранного окислителя, пентаборан обладает различной эффективностью в качестве топлива. Ниже приведена таблица для сравнения этой характеристики.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0481.html
  2. ”Dragon Slayer” neutralizes super fuel  (недоступная ссылка — история). «Engineer Update», US Army Corps of Engineers (February 2001). Архивировано 26 октября 2004 года.
  3. «From Missiles to Medicine: The development of boron hydrides»
  4. N2O4/Pentaborane. Encyclopedia Astronautica. Проверено 11 августа 2007. Архивировано 31 марта 2012 года.
  5. РД-270М (en). Encyclopedia Astronautica. Проверено 11 августа 2007. Архивировано 31 марта 2012 года.