「田硼烷」：修訂間差異

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於 2025年3月14日 (五) 15:09 的最新修訂

田硼烷，化學式B₈H₁₀，整個分子含有大σ鍵。是一種相對常見的含大σ鍵的物質。田硼烷在硼星上相對常見。

合成[編輯]

1.Na₂B₈H₈和超鹽酸反應，生成田硼烷。
2.環辛硼烷(8)和稀釋的臭氫反應，生成田硼烷。

這兩種方法都會生成大量田硼烷的同分異構體，具體見下。

結構[編輯]

其分子結構可以描述為環辛硼烷(8)的1號硼與5號硼通過一個氫橋鍵相連，3號硼與7號硼通過一個氫橋鍵相連（順時針方向），記作H{1,5}H{3,7}田硼烷。

雖然田硼烷的同分異構體中也有不連接這兩個位置的氫橋鍵，比如最常見的H{1,3}H{5,7}田硼烷，但是因為大σ鍵強度問題，它們都不夠穩定。

大σ鍵[編輯]

這兩個氫橋鍵使田硼烷分子形成了籠狀結構。由於大σ鍵分佈在整個分子中，田硼烷的穩定性高於其他硼原子數相近的硼烷。

大σ鍵分攤了電子，使田硼烷分子總體較為穩定。為了形成更穩定的大σ鍵，H{1,3}H{5,7}田硼烷在250K以上會自動轉化為H{1,5}H{3,7}田硼烷。

性質[編輯]

田硼烷分子中有兩種化學環境不同的硼原子：氫橋鍵硼（奇數號硼）和非氫橋鍵硼（偶數號硼）。非氫橋鍵硼活性更高，也是主要發生反應的位置。

田硼烷熔點約為250K（-23℃），沸點大約為250℃，但是它在200℃的時候就已經開始分解並產生聯田硼烷了（類似於聯苯）。

田硼烷會被鹽酸分解為BCl₃，但不會被超鹽酸分解。這是因為鹽酸所含的氯離子有鹼性，會與田硼烷絡合併誘導其分解。

氫化物化合[編輯]

和氫化鈉反應生成田硼烷酸鈉Na₄B₈H₁₄；和氫化氫反應生成田硼烷酸H₄B₈H₁₄。分子中的氫橋鍵保持不變，兩者可以相互轉化。

和氫化銨反應生成田硼烷酸銨，但它極容易爆炸並放出大量氫氣。

鈰烷化合[編輯]

田硼烷和鈰烷化合為二氫化八硼代鈰[4,4,4,4]窗烷：B₈H₁₀+CeH₄=CeB₈H₁₀+2H₂。研究表明，反應的時候鈰烷的氫全部被捨棄了。

分子中的鈰形成了六個共價鍵，四個是硼(1號硼、3號硼、5號硼、7號硼），兩個是氫（氫橋鍵）。

鈰原子在分子中起到穩定大σ鍵的作用，因此CeB₈H₁₀的穩定性高於B₈H₁₀，在250℃時幾乎不會分解。

絡合[編輯]

田硼烷和氨形成穩定的絡合物B₈H₁₀(NH₃)₄，它在250℃也不分解。可以用乙醚結晶。

在液氨中還可以進一步生成B₈H₁₀(NH₃)₈。它會慢慢的放出氫氣並變成B₈H₈(NH₃)₈，同時大σ鍵會被破壞。

田硼烷可與環八硫（S₈）脫去一分子氫後絡合，形成S₈[B₈H₈]，由於讀音能，硫環與硼環之間以離域大σ鍵緊密結合在一起，這種成鍵方式難以由經典超理學描述。

S₈[B₈H₈]的結構示意，大σ鍵扭曲了S₈和B₈兩環的構型，因成鍵機制複雜，在圖中無法畫出。

用途[編輯]

田硼烷可用於燃料或還原劑，但主要還是利用其大σ鍵的性質合成各種衍生物。

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-'''田硼烷'''，化学式'''B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>'''，整个分子含有[[大σ键]]。是一种相对常见的含[[大σ键]]的物质。
+'''田硼烷'''，化学式'''B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>'''，整个分子含有[[大σ键]]。是一种相对常见的含[[大σ键]]的物质。田硼烷在[[硼星]]上相对常见。
 == 合成 ==
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 == 性质 ==
+田硼烷分子中有两种化学环境不同的硼原子：氢桥键硼（奇数号硼）和非氢桥键硼（偶数号硼）。非氢桥键硼活性更高，也是主要发生反应的位置。
 田硼烷熔点约为250K（-23℃），沸点大约为250℃，但是它在200℃的时候就已经开始分解并产生联田硼烷了（类似于联苯）。
-田硼烷能和氢化钠反应，生成田硼烷酸钠，化学式Na<sub>4</sub>B<sub>8</sub>H<sub>14</sub>，氢桥键保持不变。
+田硼烷会被盐酸分解为BCl<sub>3</sub>，但不会被超盐酸分解。这是因为盐酸所含的氯离子有碱性，会与田硼烷络合并诱导其分解。
-换成[[氢化铵]]的话会生成田硼烷酸铵，但它极容易爆炸并放出大量氢气。
+=== 氢化物化合 ===
+和氢化钠反应生成田硼烷酸钠Na<sub>4</sub>B<sub>8</sub>H<sub>14</sub>；和[[二氢|氢化氢]]反应生成田硼烷酸H<sub>4</sub>B<sub>8</sub>H<sub>14</sub>。分子中的氢桥键保持不变，两者可以相互转化。
-田硼烷会被盐酸分解为BCl<sub>3</sub>，但不会被超盐酸分解。这是因为盐酸所含的氯离子有碱性，会与田硼烷络合并诱导其分解。
+和[[氢化铵]]反应生成田硼烷酸铵，但它极容易爆炸并放出大量氢气。
-=== 化合 ===
+=== 铈烷化合 ===
-田硼烷能和铈烷化合为二氢化八硼代铈[4,4,4,4]窗烷：B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>+CeH<sub>4</sub>=CeB<sub>8</sub>H<sub>10</sub>+2H<sub>2</sub>。研究表明，反应的时候铈烷的氢全部被舍弃了。
+田硼烷和铈烷化合为二氢化八硼代铈[4,4,4,4]窗烷：B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>+CeH<sub>4</sub>=CeB<sub>8</sub>H<sub>10</sub>+2H<sub>2</sub>。研究表明，反应的时候铈烷的氢全部被舍弃了。
 分子中的铈形成了六个共价键，四个是硼(1号硼、3号硼、5号硼、7号硼），两个是氢（氢桥键）。
 铈原子在分子中起到稳定大σ键的作用，因此CeB<sub>8</sub>H<sub>10</sub>的稳定性高于B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>，在250℃时几乎不会分解。
+=== 络合 ===
+田硼烷和氨形成稳定的络合物B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>(NH<sub>3</sub>)<sub>4</sub>，它在250℃也不分解。可以用乙醚结晶。
+在液氨中还可以进一步生成B<sub>8</sub>H<sub>10</sub>(NH<sub>3</sub>)<sub>8</sub>。它会慢慢的放出氢气并变成B<sub>8</sub>H<sub>8</sub>(NH<sub>3</sub>)<sub>8</sub>，同时大σ键会被破坏。
+田硼烷可与环八硫（S<sub>8</sub>）脱去一分子氢后络合，形成S<sub>8</sub>[B<sub>8</sub>H<sub>8</sub>]，由于[[读音能]]，硫环与硼环之间以离域[[大σ键]]紧密结合在一起，这种成键方式难以由经典超理学描述。[[File:S8B8H8.png|thumb|S<sub>8</sub>[B<sub>8</sub>H<sub>8</sub>]的结构示意，大σ键扭曲了S<sub>8</sub>和B<sub>8</sub>两环的构型，因成键机制复杂，在图中无法画出。]]
+== 用途 ==
+田硼烷可用于燃料或还原剂，但主要还是利用其大σ键的性质合成各种衍生物。
 [[Category:超理物质]]
 [[Category:超理化学]]
 [[Category:无机化合物]]
 [[Category:化合物]]