Hidruro de Aluminio

Hidruro de Aluminio (ALH3), es un compuesto químico sólido e inodoro. Sus principales utilidades son como agente reductor en la síntesis orgánica o como catalizador de polimerización.

¿Qué es el Hidruro de Aluminio?

El hidruro de aluminio (LAH) es un sólido inodoro que reacciona violentamente con agua, ácidos y compuestos oxigenados.

La HLA puede encenderse en el aire húmedo o debido a la fricción o a chispas de estática. Es altamente corrosivo para los ojos, la piel y las membranas mucosas.

beneficios del hidruro de aluminio

Los extintores convencionales ABC o BC pueden intensificar un incendio que involucre LAH y nunca deben ser usados.

El hidruro de aluminio (también conocido como alano o alumano) es un compuesto inorgánico con la fórmula AlH3.

Es un sólido pirofórico incoloro. Aunque rara vez se encuentra fuera de los laboratorios de investigación, el alano y sus derivados se utilizan como agentes reductores en la síntesis orgánica.

Estructura del hidruro de aluminio

El hidruro de aluminio es un polímero. Por lo tanto, su fórmula se representa a veces con la fórmula (AlH3)n.

El hidruro de aluminio forma numerosos polimorfos, que se denominan α-alane, α’-alane, β-alane, γ-alane, δ-alane, ε-alane y ζ-alane.

α-Alane tiene una morfología cúbica o romboédrica, mientras que α’-alane forma cristales parecidos a las agujas y γ-alane forma un haz de agujas fundidas.

El hidruro de aluminio es soluble en THF y éter. La tasa de precipitación de alano sólido del éter varía con el método de preparación.

La estructura cristalina de α-alane ha sido determinada y presenta átomos de aluminio rodeados por 6 átomos de hidrógeno que se unen a otros 6 átomos de aluminio.

Las distancias de Al-H son todas equivalentes (172pm) y el ángulo de Al-H-Al es de 141°.

α-Alane es el polimorfo más estable térmicamente. β-alane y γ-alane se producen juntos, y se convierten a α-alane al calentarse. δ, ε, y θ-alane se producen en otras condiciones de cristalización.

Aunque son menos estables térmicamente, los polimorfos δ, ε y θ no se convierten en α-alano al calentarse.

Formas moleculares del hidruro de aluminio

El AlH3 monomérico ha sido aislado a baja temperatura en una matriz de gas noble sólido y se ha demostrado que es planar. El dímero Al2H6 ha sido aislado en hidrógeno sólido. Es isoestructural con diborano (B2H6) y digalano (Ga2H6).

Preparación del hidruro de aluminio

Los hidruro de aluminio y sus complejos se conocen desde hace mucho tiempo. Su primera síntesis se publicó en 1947, y en 1999 se concedió una patente para la síntesis.

El hidruro de aluminio se prepara tratando el hidruro de litio con tricloruro de aluminio. El procedimiento es complejo, hay que prestar atención a la eliminación del cloruro de litio.

  • 3 LiAlH4 + AlCl3 → 4 AlH3 + 3 LiCl

La solución de éter de alano requiere un uso inmediato, ya que el material polimérico se precipita rápidamente como un sólido.

Se sabe que las soluciones de hidruro de aluminio se degradan después de 3 días. El hidruro de aluminio es más reactivo que el LiAlH4.

Existen varios otros métodos para la preparación del hidruro de aluminio:

  • 2 LiAlH4 + BeCl2 → 2 AlH3 + Li2BeH2Cl2
  • 2 LiAlH4 + H2SO4 → 2 AlH3 + Li2SO4 + 2 H2
  • 2 LiAlH4 + ZnCl2 → 2 AlH3 + 2 LiCl + ZnH2

Síntesis electroquímica del hidruro de aluminio

Varios grupos han demostrado que el hidruro de aluminio puede ser producido electroquímicamente. Se han patentado diferentes métodos de producción de alano electroquímico.

La generación electroquímica de hidruro de aluminio evita las impurezas del cloruro. Se discuten dos posibles mecanismos para la formación de hidruro de aluminio en la celda electroquímica de Clasen.

Esta contiene THF como disolvente, hidruro sódico de aluminio como electrolito, un ánodo de aluminio y un alambre de hierro (Fe) sumergido en mercurio (Hg) como cátodo.

El sodio forma una amalgama con el cátodo Hg previniendo reacciones laterales y el hidrógeno producido en la primera reacción podría ser capturado y reaccionado con la amalgama de sodio mercurio para producir hidruro de sodio.

El sistema de Clasen no produce pérdidas de material de partida. Para un ánodo insoluble ver reacción 1.

1. AlH4- – e- → AlH3 – nTHF + → Para los ánodos solubles, se espera una disolución anódica según la reacción 2,

2. 3AlH4- + Al – 3e- → 4AlH3 – nTHF  En la reacción 2, se consume el ánodo de aluminio, limitando la producción de hidruro de aluminio para una célula electroquímica determinada.

Se ha demostrado la cristalización y recuperación del hidruro de aluminio a partir de alano generado electroquímicamente.

Hidrogenación a alta presión de metal de aluminio

α-AlH3 puede producirse por hidrogenación de metal de aluminio a 10GPa y 600 °C (1.112 °F). La reacción entre el hidrógeno licuado produce α-AlH3 que podría ser recuperado bajo condiciones ambientales.

Formación de aductos con bases de Lewis

El AlH3 forma fácilmente aductos con fuertes bases de Lewis. Por ejemplo, los complejos 1:1 y 1:2 se forman con la trimetilamina.

El complejo 1:1 es tetraédrico en la fase gaseosa, pero en la fase sólida es dimérico con centros de hidrógeno que tienden puentes (NMe3Al(μ-H))2.

El complejo 1:2 adopta una estructura bipiramidal trigonal. Algunos aductos (por ejemplo, dimetiletilamina alano, NMe2Et – AlH3) se descomponen térmicamente para dar metal de aluminio y pueden tener uso en aplicaciones MOCVD.

Su complejo con éter dietílico se forma según la siguiente estequiometría:

  • AlH3 + (C2H5)2O → H3Al – O(C2H5)2

La reacción con el hidruro de litio en el éter produce hidruro de litio y aluminio:

  • AlH3 + LiH → LiAlH4

Hidruro de Aluminio como combustible

El hidruro de aluminio ha sido discutido para el almacenamiento de hidrógeno en vehículos alimentados con hidrógeno.

AlH3 contiene hasta un 10% de hidrógeno en peso, lo que corresponde a 148g/L, el doble de la densidad del líquido H2.

Desafortunadamente, AlH3 no es un portador reversible de hidrógeno, es un aditivo potencial para el combustible de cohetes y en composiciones explosivas y pirotécnicas.

Precauciones con el hidruro de aluminio

El hidruro de aluminio no es inflamable espontáneamente, pero es altamente reactivo, similar al hidruro de aluminio de litio.

El hidruro de aluminio se descompone en el aire y el agua. Con cuidado, AlH3 puede manejarse con seguridad en el aire, ya que se cree que es el resultado de una capa protectora de óxido de aluminio.

Propiedades del Hidruro de Aluminio

El hidruro de aluminio (LAH) es un compuesto inorgánico utilizado como un importante agente reductor.

Fórmula y estructura: La fórmula química del hidruro de aluminio y litio es LiAlH4, y su masa molar es de 37,95 g/mol.

La estructura química de la HLA se muestra a continuación. Existe como un sólido monoclínico cristalino, formado por el catión litio (Li+) y el anión de hidruro de aluminio (AlH4-), en el que Al está unido covalentemente a los cuatro átomos H.

Preparación: El hidruro de litio y aluminio se prepara en pequeñas escalas reaccionando hidruro de litio con cloruro de aluminio:

  • 4 LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3 LiCl

La preparación industrial de la HLA se realiza en dos pasos. En el primer paso, el hidruro de aluminio y sodio se forma al reaccionar el sodio y los metales de aluminio con el hidrógeno bajo alta presión y temperatura.

En el segundo paso, este producto reacciona con LiCl, para intercambiar los cationes metálicos (Na por Li) dando como resultado el producto final de LAH:

  • Na + Al + 2 H2 → NaAlH4
  • NaAlH4 + LiCl → LiAlH4 + NaCl

Propiedades físicas: La HLA se presenta como un sólido cristalino inodoro, grisáceo o blanco con una densidad de 0,97 g/mL y un punto de fusión de 150 °C.

También está disponible comercialmente como dispersión en aceite mineral para prevenir su reacción violenta con la humedad atmosférica.

Propiedades químicas del Hidruro de Aluminio

  • Hidruro de aluminio está formado por polvo cristalino blanco en estado puroy cristales monoclínicos
  • Es gris en presencia de impurezas de aluminio
  • Estable por debajo de 120°C en aire seco
  • Higroscópico
  • Densidad 0.917 g/cm3
  • Se funde a 190°C (se descompone)
  • Reacciona con el agua y los alcoholes
  • Es soluble en éter dietílico y tetrahidrofurano (unos 30 y 13 g/100g, respectivamente, a 25°C; también es soluble en dimetilcelulosa
  • Escasamente soluble en dibutil éter
  • Ligeramente soluble en dioxano (1g/L)
  • Prácticamente insoluble en hidrocarburos; puede solubilizarse en benceno mediante éter.

El LAH reacciona violentamente con el agua para liberar gas hidrógeno:

  • LiAlH4 + 4 H2O → LiOH + Al(OH)3 + 4 H2

La HLA no es muy estable y puede descomponerse con el tiempo en Li3AlH6 y LiH, que eventualmente se descomponen en LiAl y H2.

Cuando se calienta, el LAH se descompone rápidamente en estos mismos componentes. LAH es una base fuerte y un poderoso agente reductor.

Es soluble en éter y tetrahidrofurano, pero escasamente soluble en otros solventes orgánicos.

Más propiedades del hidruro de aluminio

Número CAS: 16853-85-3

Peso molecular: 37,95 g/mol

Apariencia: Polvo gris

El hidruro de aluminio (LAH) es un reactivo muy utilizado en la síntesis orgánica para la reducción. El LAH es muy reactivo hacia el H2O en un proceso exotérmico que lleva a la liberación potencialmente peligrosa del gas H2.

La LAH también reacciona fácilmente con solventes proticos. A pesar de su baja solubilidad, la HLA se usa típicamente en éter y THF.

El LAH se vende más comúnmente comercialmente como un sólido o como una solución de 1M en THF.

Usos del hidruro de aluminio

Se utiliza principalmente como agente reductor en la síntesis orgánica y como reactivo en la preparación de una variedad de productos farmacéuticos, productos químicos orgánicos e hidruros metálicos (como NaH).

También se utiliza como catalizador de polimerización y como propulsor. Se considera un potencial agente de almacenamiento de hidrógeno en las pilas de combustible.

El hidruro de aluminio es uno de los reductores industriales más importantes. Se utiliza ampliamente en síntesis orgánicas y también en la catalítica hidrogenación. Reactivo o reactivo para:

1. La preparación de poliamidas de poliéster termoplástico a partir de ácido oleico
2. Baterías de polímero de litio
3. Hidrodefluoración de los derivados de gema-difluorometileno
4. Reacciones asimétricas de aldol
5. Síntesis de compuestos de Li-Al-N-H con propiedades de absorción / desorción de hidrógeno
6. La HLA es un potente agente reductor para muchas reacciones de reducción diferentes, como la de las cetonas a los alcoholes.

Más usos del hidruro de aluminio:

Un potente reactivo y agente reductor.
Agente reductor; en preparación de otros hidruros.

Efectos sobre la salud/peligros para la seguridad del hidruro de aluminio

  • La HLA es muy irritante para los ojos, la piel, las membranas mucosas y el sistema respiratorio.
  • El sólido puede causar quemaduras graves en los ojos y la piel.
  • Es muy dañino por inhalación.
  • Su reacción violenta con el agua es también un peligro para la seguridad.

Sensible al aire y a la humedad. Incompatible con agua, oxidantes fuertes, alcoholes, ácido carboxílico, peróxidos, disolventes clorados, halógenos y oxígeno. Reacciona violentamente con el agua y libera gas hidrógeno.

Disponibilidad del Hidruro de Aluminio

El hidruro de aluminio generalmente está disponible inmediatamente en la mayoría de los volúmenes. Pueden considerarse formas de alta pureza, submicrónicas y nanopolvo.

Los compuestos de hidruro se utilizan a menudo como fuentes portátiles de gas hidrógeno. El empaquetado típico y personalizado está disponible.

Se dispone de información adicional técnica, de investigación y de seguridad (MSDS), así como de una calculadora de referencia para convertir las unidades de medida pertinentes.

Aplicaciones del hidruro de aluminio

El hidruro de aluminio se utiliza como agente reductor en varias reacciones químicas orgánicas sintéticas.

Por ejemplo, se utiliza en la conversión de ésteres, ácidos carboxílicos, cloruros de acilo, aldehídos y cetonas en sus correspondientes alcoholes.

También participa en la conversión de compuestos de amida, nitro, nitrilo, imina, oxima y azida en sus aminas, así como en la reducción de halogenuros alquílicos a alcanos.

Reacciona con cloruro de sodio para preparar hidruro de sodio. Actúa como un medio potencial de almacenamiento de hidrógeno, que podría ser utilizado para futuros vehículos propulsados por pilas de combustible.

Se utiliza principalmente en la preparación de otros tetrahidridoaluminumatos como el hidruro de sodio y aluminio, el hidruro de potasio y el alanato de magnesio.

Además, se ha utilizado para preparar poliamidas de poliéster termoplástico a partir de baterías de ácido oleico y de polímero de litio.

Precauciones contra el Hidruro de Aluminio

Contacto con la piel: Limpie con un cepillo cualquier sólido visible. Enjuague con abundante agua durante al menos 15 minutos. Busque atención médica según sea necesario. Limpie bien los zapatos antes de volver a usarlos.

Ingestión: No induzca el vómito. Beba 2-3 vasos de agua y busque atención médica inmediatamente.

Todas las demás exposiciones: Siga las pautas regulares de los Procedimientos de Emergencia para la exposición o inhalación de los ojos. Busque atención médica según sea necesario.

Incendio: Utilice un extintor de clase D, como Met-L-X o Lith-X, o reprima el fuego con arena seca. No utilice agua, dióxido de carbono o agentes extintores halogenados.

Derrame: Controle todas las fuentes de ignición. Usando equipo de protección personal, cubra el derrame con arena.

Recoja los materiales derramados con herramientas resistentes a las chispas y colóquelos en un recipiente para su eliminación. NO UTILICE AGUA o materiales combustibles, como serrín.

Almacenamiento: Almacenar en recipientes herméticamente cerrados en un lugar fresco y seco, separado de los materiales combustibles.

Eliminación: Almacene los desechos en recipientes herméticamente cerrados. Eliminar como residuo peligroso.

Manipulación del Hidruro de Aluminio

Use gafas de seguridad, guantes impermeables y una bata de laboratorio ignífuga. Controle las fuentes de ignición y evite la formación de polvo.

Evite el contacto con agua o humedad. Mantenga un suministro de arena seca disponible en el área de trabajo y asegúrese de que haya un extintor de Clase D disponible inmediatamente.

Cuando se usen grandes cantidades de LAH en polvo, trabaje bajo un gas inerte, como nitrógeno o argón, en una campana de extracción o una guantera. Evite el contacto con agua o humedad.

La HLA es incompatible con alcoholes, sales metálicas de transición, agentes oxidantes y una amplia variedad de otros materiales. El LAH reacciona violentamente al contacto con oxidantes poderosos.

No muela LAH ni lo caliente. Al entrar en contacto con agua, ácidos o cuando se calienta, la HLA produce una reacción exotérmica que implica la liberación de gas hidrógeno.

Reacciones del Hidruro de Aluminio

Si se extiende sobre una gran superficie plana de combustible, la fricción puede causar ignición. Se utiliza para fabricar otros productos químicos, como catalizador de polimerización, como fuente de hidrógeno y como propulsor.

Reacciones del aire y del agua

Reacciona con agua logrando vigorosamente la incandescencia y la ignición del hidrógeno evolucionado. Las reacciones con agua o aire húmedo (o aire caliente) son violentas y pueden ser explosivas.

Perfil de reactividad

El hidruro de aluminio es un potente agente reductor. Reaccionar violentamente en contacto con muchos agentes oxidantes. Se enciende por fricción, especialmente si es en polvo.

Reacciona vigorosamente con compuestos hidroxilados como agua, alcoholes, ácidos carboxílicos. Causó una violenta explosión cuando se utilizó para secar el éter dimetil dietilenglicol.

La ignición puede haber sido causada por el calor de la reacción con la impureza del agua o tal vez por la descomposición de peróxidos en el éter. Alrededor del 75% del éter había sido removido cuando ocurrió la explosión.

Reduce el dióxido de carbono o el carbonato de hidrógeno sódico a metano y etano a temperaturas elevadas.

Estos gases inflamables o explosivos pueden formarse cuando se utilizan extintores de CO2 para combatir incendios de hidruros.

Forma complejos explosivos con éter, dimetilamina y varios tetrazoles. Los tetrazoles incluyen 2-metil, 2-etil, 5-etil, 2-metil-5-vinilo, 5-amino-2-etil.

Peligrosidad del Hidruro de Aluminio

El hidruro de litio y aluminio es una sustancia inflamable. Se enciende espontáneamente al moler y reacciona violentamente con agua y muchas sustancias orgánicas.

En sus aplicaciones sintéticas debe utilizarse éter dietílico, tetrahidrofurano u otro disolvente adecuado. La piedra caliza seca o en polvo es un agente extintor apropiado.

Peligro para la salud

El contacto de sólidos con los ojos y la piel causa quemaduras severas similares a las causadas por la sosa cáustica.

Peligro de incendio

Comportamiento en el fuego: Se descompone a 257°F para formar gas hidrógeno. El calor generado puede causar ignición y/o explosión.

Métodos de purificación

Se extrae con Et2O y, tras la filtración, se elimina el disolvente al vacío. El residuo se seca a 60o durante 3 horas, al alto vacío. Es un fuerte agente reductor. IGNITA en presencia de una pequeña cantidad de agua y reacciona explosivamente con ella.

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