¿Qué es el borohidruro de sodio?
El borohidruro de sodio es un sólido inorgánico cuya fórmula química es NaBH4. Puede considerarse representativo de los borohidruros alcalinos y es el más común de ellos. Es un sólido blanco cristalino.
Al entrar en contacto con agua, el NaBH4 puede generar calor e hidrógeno H2 , el cual es combustible, por lo que debe de manejarse con precaución. Por la facilidad con que puede generar iones hidruro H–, el borohidruro de sodio es un compuesto moderadamente reductor, por lo que se usa ampliamente en reacciones químicas con este propósito.
Su propiedad reductora también se utiliza en la industria papelera, pues permite mejorar las características de brillo y estabilidad de la pulpa y papel al actuar contra la oxidación de la celulosa, componente principal del papel.
Debido a que en presencia de agua puede formar hidrógeno fácilmente, también se ha investigado la posibilidad de emplearlo como fuente reversible de hidrógeno en celdas de combustible.
Tiene otros usos, basados en su propiedad reductora, como en la industria farmacéutica.
Estructura del borohidruro de sodio
El borohidruro de sodio es un compuesto iónico. Está formado por el anión borohidruro [BH4]– unido al catión sodio Na+.
El anión [BH4]– es tetraédrico.
Su estructura de Lewis es la siguiente:
Nomenclatura del borohidruro de sodio
- Borohidruro de sodio.
- Tetrahidroborato de sodio.
- Tetrahidruroborato de sodio.
Propiedades físicas del borohidruro de sodio
- Estado físico. Sólido blanco cristalino.
- Peso molecular. 37,84 g/mol.
- Temperatura de autoignición. ∼ 220 °C.
- Temperatura de descomposición. > 250 °C.
- Densidad. 1,074 g/cm3 a 20 °C.
- Solubilidad. El NaBH4 es bastante soluble en agua (55 g/100 mL a 25 °C), donde se hidroliza parcialmente. Es soluble en tetrahidrofurano (THF) y es insoluble en éter dietílico.
Propiedades químicas del borohidruro de sodio
El borohidruro de sodio se disuelve en agua, donde sufre una descomposición o hidrólisis inicial que hace que la solución sea básica, lo que impide una posterior hidrólisis.
[BH4]– + H₂O → B(OH)3 + H2↑ + OH–
Esto se explica porque el [BH4]– interacciona con el H+ del agua, donde el H+ toma un anión hidruro H– para formar H2. Se puede decir que el BH3 compite con el H+ por el ion hidruro H–.
En medio ácido la hidrólisis es completa debido a la abundancia de iones H+.
El NaBH4 es estable en aire seco. No es volátil.
Por su contenido de iones hidruro, el borohidruro de sodio es un compuesto reductor. Permite reducir el grupo carbonilo C=O a C-OH, es decir, compuestos carbonílicos a alcoholes.
El NaBH4 por sí solo no reduce dobles enlaces C=C, ni siquiera los conjugados con grupos carbonílicos (C=C-C(=O)).
Sin embargo, al entrar en contacto con ácidos protónicos (como el HCl) o con ácidos de Lewis (como BCl3 o AlCl3) se forma diborano B2H6. Y si esta reacción se realiza en presencia de compuestos orgánicos con dobles enlaces C=C el diborano B2H6 realiza la hidroboración de estos.
En presencia de catalizadores apropiados y condiciones específicas, el borohidruro de sodio puede reducir diversos tipos de grupos funcionales.
Riesgos del borohidruro de sodio
El calor de la reacción de hidrólisis en agua es suficiente para encender el hidrógeno que se forma en ella. Por lo que es importante tener precaución al manipularlo.
El NaBH4 es fácilmente encendido y se quema fácilmente.
Obtención del borohidruro de sodio
La reacción de preparación típica del NaBH4 es mediante el hidruro de sodio NaH y el B(OCH3)3 a una temperatura de unos 250 °C:
4 NaH + B(OCH3)3 → NaBH4 + 3 NaOCH3
Usos del borohidruro de sodio
- En reacciones químicas de reducción. Por ser una fuente de iones H–, el NaBH4 es un compuesto reductor y se emplea para preparar otros compuestos químicos. Para ello se usa en solventes polares apróticos, esto es, sin protones H+, como el dimetilsulfóxido, la hexametilfosforamida y la dimetilformamida. Es usado como agente reductor en reacciones tanto de química orgánica como inorgánica. Permite reducir aldehídos a alcoholes primarios y cetonas a alcoholes secundarios. También reduce haluros de alquilo a hidrocarburos como por ejemplo el iododecano a decano, el ácido bromoundecanoico a ácido undecanoico y el clorododecano a dodecano. Si actúa solo, al realizar la reducción no afecta otros grupos funcionales como éster, ácido carboxílico, nitrilo y sulfona. Su propiedad de no reducir dobles enlaces C=C, ni siquiera los conjugados con grupos carbonílicos (C=C-C(=O)), permite preparar alcoholes insaturados -C=C-CH2-OH. Para reducir compuestos aromáticos nitrados a sus correspondientes anilinas requiere la presencia de catalizadores como cloruro de cobalto o estaño. Reduce disulfuros a tioles. En presencia de condiciones y catalizadores apropiados permite reducir ácidos carboxílicos, ésteres, amidas, nitrilos, iminas, epóxidos e incluso dobles y triples enlaces.
- En la producción de H2 en celdas de combustible. El NaBH4 puede ser convertido en una celda de combustible. El NaBH4 en presencia de una solución alcalina de KOH o NaOH se hidroliza y produce hidrógeno H2, el cual puede usarse como combustible en una pila de combustible de electrolito polimérico. También ha sido investigado como material para almacenamiento de H2 de forma reversible. Se sintetizan nanopartículas de NaBH4 y se estabilizan con un surfactante. Luego de un tratamiento con NiCl2 se forma una capa o revestimiento protector que regula la liberación de H2 de forma completamente reversible. Este nuevo material nanométrico permitiría la utilización del H2 como combustible limpio y producido de forma renovable.
- En la industria de la pulpa y papel. El borohidruro de sodio se emplea para mejorar el brillo y otras propiedades físicas de la pulpa y el papel. La degradación de la matriz celulósica del papel ocurre a través de procesos complejos que involucran la oxidación. Los grupos hidroxilo se oxidan a carbonilo y carboxilo, esto conduce a la decoloración del papel y disminución de sus propiedades físicas. Al tratar la pulpa o papel con NaBH4, este reduce aldehídos y cetonas a grupos -OH sin afectar los grupos carboxílicos ácidos, mejorando la estabilidad y el brillo a valores mayores que los iniciales.
- Otros. El borohidruro de sodio se emplea para tratar aguas de desecho, como agente mejorador del sabor en la industria de alimentos y bebidas, como agente de recubrimiento y para el tratamiento de superficies, en la producción de tabaco, en la industria farmacéutica, de textiles y de cuero.
Referencias
- Christian, M.L., Aguey-Zinsou, K.-F. Core-Shell Strategy Leading to High Reversible Hydrogen Storage Capacity for NaBH4. ACS Nano. Recuperado de pubs.acs.org.
- Imamoto, T. Reduction. Sodium Borohydride. In Comprehensive Organic Synthesis. Recuperado de sciencedirect.com.
- Cotton, F.A., Wilkinson, G. Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
- Morrison, R.T., Boyd, R.N. Organic Chemistry. Prentice-Hall.
- Sodium borohydride. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.