Hidruro de berilio: qué es, estructura, propiedades, usos
¿Qué es el hidruro de berilio?
El hidruro de berilio es un compuesto covalente formado por un átomo de berilio y dos de hidrógeno. Su fórmula química es BeH2, y al ser covalente, no consiste en iones Be2+ ni H–. Es uno de los hidruros metálicos más livianos capaces de sintetizarse.
Se produce mediante el tratamiento de dimetilberilio, Be(CH3)2, con hidruro de litio aluminio, LiAlH4. Sin embargo, el BeH2 más puro se obtiene a partir de la pirólisis de di-ter-butilberilio, Be(C(CH3)3)2 a 210 °C.
Como molécula individual en estado gaseoso es de geometría lineal, pero en estado sólido y líquido polimeriza en arreglados de redes tridimensionales. Es un sólido amorfo en condiciones normales, y puede tornarse cristalino y exhibir propiedades metálicas bajo presiones enormes.
Representa un método posible de almacenamiento de hidrógeno, ya sea como fuente de hidrógeno al descomponerse, o como un sólido absorbente del gas. No obstante, el BeH2 es muy tóxico y contaminante dada la naturaleza altamente polarizante del berilio.
Estructura química del hidruro de berilio
Molécula de BeH2
En la imagen se aprecia una molécula individual de hidruro de berilio en estado gaseoso. Nótese que su geometría es lineal, con los átomos de H separados entre sí por un ángulo de 180º. Para explicar dicha geometría, el átomo de Be debe tener hibridación sp.
El berilio tiene dos electrones de valencia, los cuales se ubican en el orbital 2s. De acuerdo a la teoría del enlace de valencia, uno de los electrones del orbital 2s se promociona energéticamente al orbital 2p, y como consecuencia, ahora puede formar dos enlaces covalentes con los dos orbitales híbridos sp.
Tiene disponibles otros dos orbitales 2p puros, sin hibridar. Con ellos vacíos, el BeH2 es un compuesto deficiente de electrones en forma gaseosa, y, por lo tanto, al enfriarse y agruparse sus moléculas, condensan y cristalizan en un polímero.
Cadenas de BeH2
Cuando las moléculas de BeH2 polimerizan, la geometría en torno al átomo de Be deja de ser lineal y se convierte en tetraédrica.
Anteriormente, se modelaba la estructura de este polímero como si fueran cadenas con unidades de BeH2 unidas por puentes de hidrógeno (imagen superior, con las esferas en tonos blancos y grisáceos).
A diferencia de los puentes de hidrógeno de las interacciones dipolo-dipolo, estos poseen un carácter covalente.
En el puente Be-H-Be del polímero, se distribuyen dos electrones entre los tres átomos (enlace 3c,2e), los cuales teóricamente deben situarse con mayor probabilidad alrededor del átomo de hidrógeno (por ser más electronegativo).
Por otro lado, el Be rodeado de cuatro H logra surtir relativamente su vacancia electrónica, completando su octeto de valencia.
Aquí la teoría del enlace de valencia palidece para dar una explicación relativamente certera, porque el hidrógeno solo puede tener dos electrones, y el enlace -H- implicaría la participación de cuatro electrones.
Así, para explicar los puentes Be-H2-Be (dos esferas grises unidas por dos esferas blancas) se necesitan de otros modelos complejos del enlace, como los aportados por la teoría del orbital molecular.
Se ha encontrado experimentalmente que la estructura polimérica del BeH2 no es en realidad una cadena, sino una red tridimensional.
Redes tridimensionales de BeH2
En la imagen superior se muestra una sección de la red tridimensional de BeH2. Nótese que las esferas verdeamarillentas, los átomos de Be, forman un tetraedro como en la cadena.
Sin embargo, en esta estructura hay mayor número de puentes de hidrógeno, y además, la unidad estructural ya no es el BeH2 sino el BeH4.
Las mismas unidades estructurales BeH2 y BeH4 indican que en la red hay una mayor abundancia de átomos de hidrógeno (4 átomos de H por cada Be).
Esto significa que el berilio dentro de esta red logra surtir aún más su vacancia electrónica que dentro de una estructura polimérica tipo cadena.
Y como diferencia más evidente de este polímero respecto a la molécula individual de BeH2, es que el Be debe necesariamente tener una hibridación sp3 (de ordinario) para explicar las geometrías tetraédricas y no lineales.
Propiedades del hidruro de berilio
Carácter covalente
Los hidruros de los otros elementos del grupo 2 (Sr. Becamgbara) son iónicos, es decir, consisten en sólidos formados por un catión M2+ y dos aniones hidruros H– (MgH2, CaH2, BaH2). Por lo tanto, el BeH2 no consiste en Be2+ ni H– interaccionando electrostáticamente.
El catión Be2+ se caracteriza por su alto poder polarizante, el cual distorsiona las nubes electrónicas de los átomos circundantes.
Como resultado de esta distorsión, los aniones H– se ven forzados a formar enlaces covalentes, enlaces que son la piedra angular de las estructuras recién explicadas.
Fórmula química
BeH2 o (BeH2)n
Aspecto físico
Sólido incoloro amorfo.
Solubilidad en agua
Se descompone.
Solubilidad
Insoluble en dietil éter y tolueno.
Densidad
0,65 g/cm³ (1,85 g/L). El primer valor puede aludir a la fase gaseosa, y el segundo al sólido polimérico.
Reactividad
Reacciona lentamente con el agua, pero es rápidamente hidrolizado por el HCl para formar cloruro de berilio, BeCl2.
El hidruro de berilio reacciona con las bases de Lewis, específicamente la trimetilamina, N(CH3)3, para formar un aducto dimérico, con hidruros de puentes.
También puede reaccionar con la dimetilamina para formar una diamida de berilio trimérico, [Be(N(CH3)2)2]3 e hidrógeno. La reacción con el hidruro de litio, donde el ion H– es la base de Lewis, forma secuencialmente LIBeH3 y Li2BeH4.
Usos del hidruro de berilio
El hidruro de berilio podría representar una forma prometedora de almacenar hidrógeno molecular. Al descomponerse el polímero, liberaría H2, el cual serviría como combustible de cohetes.
Desde este enfoque, la red tridimensional almacenaría más hidrógeno que las cadenas. Asimismo, como puede apreciarse en la imagen de la red, hay poros que permitirían dar alojo a las moléculas de H2.
De hecho, algunos estudios simulan cómo sería dicho almacenamiento físico en BeH2 cristalino, es decir, el polímero sometido a enormes presiones, y cuáles serían sus propiedades físicas con distintas cantidades de hidrógeno adsorbido.
Referencias
- Beryllium hydride. Recuperado de en.wikipedia.org
- Chapter 3: Beryllium Hydride and its Oligomers. Recuperado de shodhganga.inflibnet.ac.in