Новости химической науки > Полиядерные гидриды алюминия тоже возможны

Химики с удивлением обнаружили, что алюминий может образовывать целое семейство полиядерных гидридов, отчасти напоминающих бораны как строением, так и свойствами.

Алюминий и бор принадлежат к одной группе Периодической Системы и имеют сходное электронное строение. Тем не менее, казалось, что у этих элементов скорее больше различий, чем сходств. Особенно различия неметалла и металла проявлялись в разнообразии образуемых бинарных соединений с водородом. Известно, что бор и водород образуют огромное количество полиядерных гидридов (боранов), которые даже могут быть классифицированы в виде нескольких своеобразных гомологических рядов.

В то же время список гидридов алюминия, существовавший до недавнего времени, ограничивался простейшим гидридом AlH₃, его димером Al₂H₆, существующим лишь в криогенной матрице, полимерным аланом (AlH₃)_n, а также моногидридом тринадцатиатомного алюминиевого кластера Al₁₃H^-.

Ксианг Ли (Xiang Li) и его соавторы из Университета Джона Хопкинса (Мэриленд, США) расширили список бинарных соединений алюминия с водородом. Они воздействовали на алюминий, испаряющийся с электрода, плазменным потоком атомов водорода и обнаружили, что атомы водорода присоединяются к кластерам алюминия, находящимся в газовой фазе, образуя анионные полиядерные гидриды алюминия. Анализ продуктов реакции методом масс-спектрометрии позволил ученым зафиксировать около 200 ранее неописанных гидридных производных алюминия.

Сосредоточив свое внимание на наиболее представленном в новой семье гидридов анионе Al₄H₆^–, ученые предположили, что аналогичный ему нейтральный полиядерный гидрид Al₄H₆ должен отличаться заметной стабильностью. Исследуя Al₄H₆^– с помощью фотоэлектронной спектроскопии, а также применяя квантово-химические расчеты на уровне теории дифференцированного функционала плотности как к аниону, так и к нейтральному Al₄H₆, исследователи пришли к выводу, что для подсчета электронов в гексагидриде тетраалюминия может быть применено правило Ваде-Мингоса (Wade-Mingos). Это, в свою очередь, позволяет говорить об определенной аналогии боранов и Al₄H₆.

Расчеты показывают, что атомы алюминия в нейтральной молекуле Al₄H₆ должны располагаться в вершинах искаженного тетраэдра. (Рисунок из Science).

Результаты расчета показывают, что каркасом Al₄H₆ является искаженный тетраэдр, образованный атомами алюминия. Атомы водорода в гидриде образуют четыре терминальные связи Al–H и две мостиковые связи Al–H–Al. Большое расстояние между энергиями ВЗМО и НСМО нейтрального гидридного кластера Al₄H₆ (1.9 эВ) в сочетании с существенным значением энергии его сгорания (при сгорании 1 моль этого вещества должно выделиться в 2,6 раза больше энергии, чем при сгорании 1 моль метана) позволяют говорить о том, что пока еще неполученный гидрид алюминия может представлять собой перспективный материал для ракетного топлива.

Источник: Science, 2007, 315, 356