«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/самолётного топлива, называемого также «экзотическим горючим». Из-за того, что пламя борных соединений имеет характерный зелёный цвет, в США пентаборан имеет неформальное имя «Зеленый дракон».

Обзор свойств 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.

Пентаборан хорошо растворим в углеводородах — бензоле, циклогексане и всех смазочных материалах. При хранении подвержен незначительному химическому разложению с выделением небольшого количества водорода и твёрдого осадка.

Производство осуществляется путём пиролиза диборана. В США пентаборан производился «Химической компанией Каллери» (Callery.Chemical.Company). В 1985 году «Каллери» выкупила часть резервного топлива и переработала его на составляющие элементы — 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 галогенуглеводородами. При температуре выше 150 °C распадается с выделением водорода, что может представлять опасность при хранении в закрытом контейнере из-за роста давления. Нестабилен в присутствии 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 сжижается лишь при очень низких температурах с дополнительным недостатком в виде низкой плотности. По этой причине 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 (основной изотоп 12C). Таким образом, бор легче на две атомные единицы массы, а некоторые бороводороды содержат больше атомов водорода по сравнению с углеводородными эквивалентами. Кроме этого, рассматривается также лёгкость разрушения химических связей соединения.

Первоначальный интерес к пентаборану 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»).

Среди реализованных проектов, которые использовали пентаборан в качестве топлива, следует отметить проект американского 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. Также пентаборан исследовался в качестве топлива-кандидата с окислителем N2О4 (или ТА). В СССР академик В. П. Глушко использовал его в версии экспериментального ЖРД РД-270 («РД-270M»), в ходе разработки двигателя в период 1962—1970 годов.

Проблемы с данным топливом заключались в его токсичности, свойстве вспыхивать при контакте с воздухом и токсичности продуктов горения. Безопасный и дешёвый способ утилизации пентаборана был изобретён только в 2000 году — он основан на гидролизе пентаборана водяным паром, в результате которого получаются 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».

Пентаборан с разными окислителями В зависимости от выбранного окислителя пентаборан обладает различной эффективностью в качестве топлива. Ниже приведена таблица для сравнения этой характеристики.

+Окислитель Окислитель Удельная тяга(Р1,сек) Температура сгорания °С Плотность топлива г/см3 Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек Весовое содерж.горючего %Фтор360,948071,199490018Тетрафторгидразин33445671,027416413ClF3290,341741,493442312ClF5308,643831,413457213Перхлорилфторид299,339691,239413621Фторид кислорода361,647361,179486620Кислород319,738870,897368632Пероксид водорода309,126961,021383931N2O4299,336401,084384625Азотная кислота293,733151,107382025

См. также Бороводороды Топливо космических ракет и аппаратов

Примечания

Категория:Ракетное топливо Категория:Бораны