テトラヒドリドアルミン酸ナトリウム

テトラヒドリドアルミン酸ナトリウム：性質、反応、用途、安全性

テトラヒドリドアルミン酸[ナトリウム]は、アルミニウムと[ナトリウム]]の水素化物からなる化合物です。化学式からわかるように、四面体構造の[AlH4]-アニオンとNa+カチオンから構成されています。白色の固体で、テトラヒドロフラン]には溶解しますが、[[ジエチルエーテルや炭化水素系溶媒には溶けません。

生成と反応

NaAlH4は、ナトリウムとアルミニウムを高圧水素雰囲気下、トリエチルアルミニウム触媒の存在下で200℃に加熱することで合成されます。この反応は、以下の化学式で表されます。

Na + Al + 2H₂ → NaAlH₄

NaAlH4は強力な[還元剤]]として知られ、様々な物質と反応します。例えば、塩化リチウム]と反応させると、[[水素化アルミニウムリチウム(LiAlH4)が生成します。

LiCl + NaAlH₄ → LiAlH₄ + NaCl

水などのプロトン性溶媒とは激しく反応し、水素ガスを発生します。

4H₂O + NaAlH₄ → NaAl(OH)₄ + 2H₂

濃硫酸とは以下の反応を起こします。

2NaAlH₄ + H₂SO₄ → 2H[AlH₄] + Na₂SO₄

生成したH[AlH₄]はさらに分解して水素ガスを放出します。

HAlH₄ → AlH₃ + H₂

用途

水素吸蔵物質

NaAlH4は水素を可逆的に吸蔵・放出できるため、水素貯蔵材料としての研究開発が進められています。水素の放出は、以下の反応式で表される多段階反応を経て進行します。

3NaAlH₄ → Na₃AlH₆ + Al + H₂

Na₃AlH₆ → 3NaH + Al + (3/2)H₂

200℃に加熱することで、自身の重量の最大7.4 wt%の水素を放出することが可能ですが、水素の吸収速度は比較的遅く、最大容量への到達には数分を要します。チタンなどの触媒を用いることで、反応速度の向上が期待できます。

有機合成

NaAlH4は、[水]]素化アルミニウムリチウム(LiAlH₄)や水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBAL-H)と同等の還元力を有する強力な還元剤です。水素化ホウ素[[ナトリウム]よりも還元力が強く、エステルをアルコールにまで還元することができます。これは、Al-H結合がB-H結合よりも弱く極性が高いことによるものです。

安全性

NaAlH4は非常に反応性の高い物質であり、取り扱いには細心の注意が必要です。乾燥した空気とは室温では反応しませんが、湿気には非常に敏感です。水と接触すると、発火または爆発する危険性があるため、取り扱いには適切な保護具と換気が必要です。

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