Пентаборан

«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».

Пентаборан

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 эВ[1]
Термические свойства
Температура
 • плавления −52 ± 1 ℉[1]
 • кипения 140 ± 1 ℉[1]
 • вспышки 86 ± 1 ℉[1]
Пределы взрываемости 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
ChEBI 33591
ChemSpider 24765156
Безопасность
NFPA 704
4
4
4
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Обзор свойств

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). Дата обращения: 8 мая 2009. Архивировано 31 марта 2012 года. В 1985 году «Каллери» выкупила часть резервного топлива и переработала его на составляющие элементы — бор и водород.

Пожароопасность

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

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

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 (Н3BО3). 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

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

Теоретические характеристики топлив, образованных пентабораном-9 с различными окислителями
Окислитель
Окислитель Удельная тяга(Р1,сек) Температура сгорания °С Плотность топлива г/см3 Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек Весовое содерж.горючего %
Фтор 360,9 4807 1,199 4900 18
Тетрафторгидразин 334 4567 1,027 4164 13
ClF3 290,3 4174 1,493 4423 12
ClF5 308,6 4383 1,413 4572 13
Перхлорилфторид 299,3 3969 1,239 4136 21
Окись фтора 361,6 4736 1,179 4866 20
Кислород 319,7 3887 0,897 3686 32
Пероксид водорода 309,1 2696 1,021 3839 31
N2O4 299,3 3640 1,084 3846 25
Азотная кислота 293,7 3315 1,107 3820 25

См. также

Примечания
  1. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0481.html
  2. ”Dragon Slayer” neutralizes super fuel (недоступная ссылка). «Engineer Update», US Army Corps of Engineers (February 2001). Дата обращения: 8 мая 2009. Архивировано 26 октября 2004 года.
  3. «From Missiles to Medicine: The development of boron hydrides» (недоступная ссылка). Дата обращения: 18 октября 2009. Архивировано 23 октября 2007 года.
  4. N2O4/Pentaborane. Encyclopedia Astronautica. Дата обращения: 11 августа 2007. Архивировано 31 марта 2012 года.
  5. РД-270М (en). Encyclopedia Astronautica. Дата обращения: 11 августа 2007. Архивировано 31 марта 2012 года.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.