- Пентаборан(9)
-
«Пента́боран» — также называемый «пента́боран но́нагидрид», «стабильный пента́боран» и «Пента́боран(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 гр/мл и обладает низкой плотностью 0.618 гр на миллилитр. Из-за того, что бо́ровая составляющая сгорает с характерным зеленым цветом, в США это соединение имеет неформальное имя «Зеленый дракон».
Содержание
Обзор свойств
Высокорастворимое вещество в углеводородах — бензоле, циклогексане и всех смазочных материалах. Незначительно распадается при хранении с выделением незначительного количества водорода и твердого осадка. Производство осуществляется путем пиролиза диборана. В США пентаборан производился «Химической компанией Каллери» (en). 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 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 B10) по сравнению с углеродом (изотопы от C12). 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 этим топливом заключались в его токсичности и в его свойстве вспыхивать при контакте с воздухом, токсичности результата 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. Также пентаборан исследовался в качестве топлива-кандидата с окислителем N2О4 (или ТА).[2] 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.[3]
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 окислителямиОкислитель 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 % Смотри также
Примечания
- ↑ «Убийца дракона» нейтрализует сверхтопливо. (en). "Engineer Update", издательство "Инженерные войска США" (en) (Февраль 2001).
- ↑ N2O4/Пентаборан (en). Encyclopedia Astronautica. Проверено 11 августа 2007.
- ↑ РД-270М (en). Encyclopedia Astronautica. Проверено 11 августа 2007.
Wikimedia Foundation. 2010.