L'idruro di alluminio (nomi sistematici: triidruro di alluminio o alano) è un composto chimico binario dell'alluminio(III) con l'idrogeno, avente come formula minima AlH3.

È un solido instabile sopra i 150 °C. Ha proprietà riducenti e reagisce violentemente con acqua e altre sostanze protiche liberando idrogeno. Non ha utilizzi pratici significativi, e non è disponibile in commercio.

Storia AlH3 fu sintetizzato per la prima volta nel 1942 da Egon Wiberg (1901-1976).

Struttura e proprietà A seconda delle condizioni, in questo idruro l'atomo di alluminio può essere tri-, tetra- o esacoordinato.

Stato gassoso In particolari condizioni, sono state isolate molecole di AlH3 intrappolate in matrici solide di gas nobili. In questi casi l'atomo Al è tricoordinato in una molecola AlH3 planare, isoelettronica di valenza e isostrutturale con quella del borano (BH3). Il dimero Al2H6, analogo al diborano (B2H6), come pure al digallano (Ga2H6), è stato isolato in matrici di idrogeno solido. Qui l'atomo Al raggiunge la tetracoordinazione.

In fase gassosa AlH3 esplica la sua natura di acido di Lewis reagendo esotermicamente con lo ione idruro:

AlH3 + H−   →   AlH4−

L'affinità per lo ione idruro (hydride ion affinity) di AlH3 risulta, da questa reazione, pari a 314 ±17 kJ/mol.

Stato solido L'idruro di alluminio solido è polimerico, (AlH3)x. Ne esistono molti polimorfi, detti α-, β-, γ-, δ-, ε- e ζ-AlH3. La forma più stabile è la α-AlH3. Questa è un composto appena di poco esotermico (ΔHƒ° = -9,9 ± 0,4 kJ/mol), ma leggermente endoergonico (ΔGƒ° = +48,5 ± 0,4 kJ/mol).

A contatto con acqua, si decompone vigorosamente svolgendo idrogeno e, meno vigorosamente con alcoli. È solubile in eteri (Me2O, Et2O, tetraidrofurano, 1,4-diossano) e in ammine terziarie (Me3N, Et3N).

Parametri strutturali Della forma α-AlH3 è stata determinata la struttura cristallina tramite diffrazione dei raggi X e diffrazione neutronica. Ogni atomo di alluminio è esacoordinato, circondato ottaedricamente da sei atomi di idrogeno che fanno da ponte ad altri sei atomi di alluminio. Le distanze Al–H sono tutte equivalenti (172 pm) e l'angolo Al–H–Al è di 141°. Da questi dati si ricava geometricamente che in α-AlH3 cristallino la distanza tra due atomi di Al vicini è di ~324 pm, un valore che è intermedio tra il doppio del raggio di van der Waals di Al (2×184 pm = 368 pm) e la distanza tra due atomi di alluminio adiacenti nell'alluminio metallico, pari a 286,3 pm. Questo indica una situazione di parziale interazione di legame tra gli atomi di alluminio in α-AlH3.

Cella primitiva di α-AlH3Coordinazione di Al Coordinazione di H

Sintesi La sintesi più conveniente si effettua facendo reagire in soluzione eterea di tetraidroalluminato di litio LiAlH4 e tricloruro di alluminio AlCl3 in condizioni rigidamente controllate. A seconda delle condizioni usate si può determinare quale polimorfo ottenere:

3 LiAlH4 + AlCl3 + 4n Et2O   →   4 [AlH3(Et2O)n] + 3 LiCl Altre preparazioni sono le seguenti: 2 Li[AlH4] + BeCl2   →   2 AlH3 + Li2[BeH2Cl2] 2 Li[AlH4] + H2SO4   →   2 AlH3 + Li2SO4 + 2 H2 2 Li[AlH4] + ZnCl2   →   2 AlH3 + 2 LiCl + ZnH2 2 Li[AlH4] + I2   →   2 AlH3 + 2 LiI + H2 2 Li[AlH4] + CH3COOH   →   2 AlH3 + Li[CH3CH2O] + LiOH

Reattività L'idruro di alluminio è instabile sopra i 150 °C; ha proprietà riducenti più spiccate del borano e reagisce violentemente con acqua e altre sostanze protiche liberando idrogeno. Come il borano, è un acido di Lewis e reagisce con le ammine per dare addotti; a temperatura ambiente possono essere isolati bis-addotti con Al pentacoordinato e a 100 °C gli addotti tetraedrici con Al tetracoordinato:

AlH3 + 2 R3N   →   (R3N)2AlH3

AlH3 + R3N   →   (R3N)AlH3

Con il tetraidrofurano forma addotti simili, tra cui (THF)2AlH3.

Reagisce con l'idruro di litio (e similmente con gli altri idruri alcalini) in etere, per dare l'importante e potente reattivo riducente tetraidroalluminato di litio, benché esistano altre vie di preparazione più convenienti:

AlH3 + LiH   →   LiAlH4

Per reazione con il diborano sciolto in etere dietilico (H3B·Et2O), AlH3 forma in opportune condizioni l'importante complesso tris(tetraidroborato) di alluminio, un liquido volatile incolore (Teb. = 44,5 °C), nella cui molecola ci sono tre coppie di atomi di idrogeno a ponte, condivisi tra Al e B e formulabile come [Al(η2-BH4)3]:

AlH3 + 3 BH3   →   Al(BH4)3

Applicazioni L'idruro di alluminio non ha utilizzi pratici significativi, e non è disponibile in commercio. È stato studiato come possibile additivo per propellenti solidi per razzi. Inoltre, essendo una sostanza contenente idrogeno nel proprio reticolo cristallino, è stato studiato come materiale di potenziale interesse nello sviluppo di veicoli alimentati a idrogeno. Nessuna di queste applicazioni ha finora (2013) avuto successo.

Note

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