Пентаборан

Пентаборан
Общие
Химическая формула	B5H9
Физические свойства
Молярная масса	63.13 г/моль
Термические свойства

«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 бо́ровая составляющая сгорает с характерным зеленым цветом, в США это соединение имеет неформальное имя «Зеленый дракон».

Обзор свойств

Высокорастворимое вещество в углеводородах — бензоле, циклогексане и всех смазочных материалах. При хранении подвержено незначительному химическому разложению с выделением небольшого количества водорода и твердого осадка. Производство осуществляется путем пиролиза диборана. В США пентаборан производился «Химической компанией Каллери» (en). Архивировано из первоисточника 31 марта 2012. В 1985 году Каллери выкупила часть резервного топлива и переработала его на составляющие 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 галоидуглеродами. При температуре выше 150°C распадается с выделением водорода, что может представлять опасность при хранении в закрытом контейнере из-за роста давления. Нестабилен при наличии 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 имеет вид жидкости 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 (изотопы от ¹²C). Таким образом, бор как правило легче на две атомные единицы массы, а некоторые бороводороды содержат больше атомов водорода по сравнению с углеводородными эквивалентами. Кроме этого рассматривается также легкость разрушения химических связей соединения.

Первоначальный интерес к этому веществу 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»). Необходимость увеличения эффективности двигателей стала причиной исследования этого химиката.

Проблемы с данным топливом заключались в его токсичности, в его свойстве вспыхивать при контакте с воздухом и токсичности продуктов горения. Безопасный и дешевый способ утилизации химиката был изобретен только в 2000 году — он основан на совместном гидролизе пентаборана и пара, результатом которого является 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».^[1]

Среди реализованных проектов, которые использовали данный химикат в качестве топлива, следует отметить проект американского военного 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.^[2] Также пентаборан исследовался в качестве топлива-кандидата с окислителем N₂О₄ (или ТА).^[3] Академик В. П. Глушко в СССР использовал его в версии экспериментального ЖРД РД-270 («РД-270M») в ходе разработки двигателя в период 1962-1970 гг.^[4]

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 сек	4807 °C	1,199	4900м/сек	18 %
Тетрафторгидразин	334 сек	4567 °C	1,027	4164м/сек	13 %
ClF3	290,3 сек	4174 °C	1,493	4423м/сек	12 %
ClF5	308,6 сек	4383 °C	1,413	4572м/сек	13 %
Перхлорилфторид	299,3 сек	3969 °C	1,239	4136м/сек	21 %
Окись фтора	361,6 сек	4736 °C	1,179	4866м/сек	20 %
Кислород	319,7 сек	3887 °C	0,897	3686м/сек	32 %
Перекись водорода	309,1 сек	2696 °C	1,021	3839м/сек	31 %
N2O4	299,3 сек	3640 °C	1,084	3846м/сек	25 %
Азотная кислота	293,7 сек	3315 °C	1,107	3820м/сек	25 %

См. также

• Бор
• Бороводороды
• Топливо
• Ракетное топливо

Примечания

1. ↑ «Убийца дракона» нейтрализует сверхтопливо. (en). "Engineer Update", издательство "Инженерные войска США" (en) (Февраль 2001).(недоступная ссылка — история)
2. ↑ "From Missiles to Medicine: The development of boron hydrides"
3. ↑ N₂O₄/Пентаборан (en). Encyclopedia Astronautica. Архивировано из первоисточника 31 марта 2012. Проверено 11 августа 2007.
4. ↑ РД-270М (en). Encyclopedia Astronautica. Архивировано из первоисточника 31 марта 2012. Проверено 11 августа 2007.

Для этой статьи не заполнен шаблон-карточка {{Вещество}}. Вы можете помочь проекту, добавив его.