બૉરેન

બૉરેન (boranes) : બૉરોન (B) અને હાઇડ્રોજન(H)ના દ્વિઅંગી (binary) સંયોજનોના વર્ગ પૈકીનું કોઈ એક સંયોજન. તેમને બૉરોન હાઇડ્રાઇડ પણ કહે છે. આલ્કેન સાથે સામ્ય ધરાવતા હોવાથી તેમને બૉરેન કહેવામાં આવે છે. વર્ગનું સાદામાં સાદું સંયોજન બૉરેન (BH₃) છે, પણ તે વાતાવરણના દબાણે અસ્થાયી હોઈ ડાઇબૉરેન(B₂H₆)માં ફેરવાય છે. બૉરોનના હાઇડ્રાઇડ બીજાં તત્વોના હાઇડ્રાઇડ કરતાં જુદા હોય છે. બૉરેનમાં બે નજીકના બૉરોન પરમાણુઓની જોડીમાં સાદા સહસંયોજક બંધ બનાવવા માટે જોઈતા જરૂરી ઇલેક્ટ્રૉન ન હોવાથી આ સંયોજનો ઇલેક્ટ્રૉનની અછતવાળાં સંયોજનો કહેવાય છે. દા.ત., ડાઇબૉરેન(B₂H₆)માં કુલ 12 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રૉન ભાગ લે છે.

જ્યારે સમાન સૂત્ર ધરાવતા હાઇડ્રોકાર્બન ઈથેન(C₂H₆)માં કુલ 14 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. આમ જોઈ શકાય છે કે ડાઇબૉરેનમાં ઈથેનની સરખામણીએ કુલ બે ઇલેક્ટ્રૉન ઓછા છે.

બૉરેન સંયોજનોના અભ્યાસની કાર્બનિક અને અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્ર પર ગાઢ અસર પડી છે. કારણ કે તેને કારણે ધાત્વબૉરેન (metallaboranes અથવા metalloboranes) અને કાર્બોરેન અથવા કાર્બબૉરેન સંયોજનો જેવાં નવાં ક્ષેત્રો ઉદભવ્યાં છે. ધાતુ-ગુચ્છ (metal-cluster) રસાયણશાસ્ત્ર અને અપ્રશિષ્ટ કાર્બોકેટાયનોનાં ક્ષેત્રો બૉરેનના સંરચનાકીય અભ્યાસને લીધે શક્ય બન્યાં છે. બૉરેનના વિશદ અભ્યાસ તથા રાસાયણિક આબંધન(bonding)ની સમજૂતી આપવા બદલ લિપ્સકોમ્બને 1976ના વર્ષનો નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત થયો હતો.

હાલમાં સમાવયવો સહિત કુલ 35 જેટલા બૉરેન જાણવામાં આવ્યાં છે. તેમાં B₂H₆થી B₂₀H₂₆ સુધીનાં સૂત્ર ધરાવતાં બૉરેનનો સમાવેશ થાય છે. સૌથી સરળ રચના ધરાવતો બૉરેન ડાઇબૉરેન (B₂H₆) છે. ત્યારબાદ ક્રમશ: ઊંચા અણુભાર ધરાવતા બૉરેન મળે છે. વીસમાંથી અગિયાર બૉરેન સ્થાયી છે, તેથી તેમના ગુણધર્મોનો વધારે અભ્યાસ થઈ શક્યો છે.

તટસ્થ બૉરેન (B_nH_m) અને બૉરેન એનાયનોને તેમની સંરચના અને ઉચિત તત્વપ્રમાણમિતિ (stoichiometry) પ્રમાણે પાંચ શ્રેણીમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યા છે.

(i) ક્લોઝો-બૉરેન (ગ્રીક clovos, પિંજર) : તેઓ n બૉરોન પરમાણુના પૂર્ણ, સંવૃત્ત (closed) બહુફલકી (polyhedral) ગુચ્છ ધરાવે છે.  (n = 6થી 12). તટસ્થ બૉરેન B_nH_n+2 જાણીતાં નથી.

(ii) નિડો-બૉરેન (લૅટિન nidus, માળો) : તેઓ અસંવૃત્ત સંરચના ધરાવે છે, જેમાં B_n ગુચ્છ (n+1)–ખૂણાવાળા બહુફલક(polyhedron)ના n ખૂણા પર આવેલા હોય છે. સામાન્ય સૂત્ર B_nH_n+4. દા.ત. B₂H₆, B₅H₉, B₆H₁₀, B₁₀H₁₄ વગેરે.

(iii) અરેક્નો-બૉરેન (ગ્રીક arachne, કરોળિયાનું જાળું) : તેઓ વધુ ખુલ્લા ગુચ્છ ધરાવે છે, જેમાં B પરમાણુઓ (n+2)–ખૂણાવાળા બહુફલકના n સમીપસ્થ (contiguous) ખૂણાઓ પર આવેલા હોય છે. સામાન્ય સૂત્ર B_nH_n+6 દા.ત., B₄H₁₀, B₅H₁₁, B₆H₁₂, B₈H₁₄ વગેરે.

(iv) હાઇફો-બૉરેન (ગ્રીક hyphe, જાળ). તેઓ સૌથી વધુ ખુલ્લા ગુચ્છ ધરાવે છે, જેમાં B પરમાણુઓ (n+3)–ખૂણાવાળા બહુલકના n ખૂણાઓ પર હોય છે. સામાન્ય સૂત્ર B_nH_n+8. આ શ્રેણીમાં કોઈ તટસ્થ બૉરેન ચોક્કસપણે પ્રસ્થાપિત થયો નથી. કદાચ B₈H₁₆ અને B₁₀H₁₈ આવાં હોઈ શકે.

(v) કન્જન્ક્ટો-બૉરેન (લૅટિન cojuncot, સાથે ભેગાં કરવાં : ઉપર જણાવેલા પ્રકારનાં બે અથવા વધુ ગુચ્છ જોડવાથી ઉદભવતી સંરચના. સામાન્ય સૂત્ર B_nH_m; દા.ત., B₁₅H₂₃.

બનાવવાની રીત : બધા બૉરેનમાં ડાઇબૉરેન સૌથી સરળ બંધારણ ધરાવે છે. અન્ય બૉરેન સંયોજનો બનાવવા માટે પણ તે વપરાય છે.

ડાઇબૉરેન અલગ અલગ રીતે બનાવી શકાય છે. ઈ. સ. 1912માં આલ્ફ્રેડ સ્ટૉક અને સાથીદારોએ બૉરેન બનાવવાનો પ્રયત્ન કર્યો; મૅગ્નેશિયમ અને બૉરોનની પ્રક્રિયાથી પ્રથમ મૅગ્નેશિયમ બોરાઇડ (Mg₃B₂) બનાવી તેની ઑર્થોફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ સાથેની પ્રક્રિયાથી તેમણે બૉરેન સંયોજનોનું મિશ્રણ મેળવ્યું, જેમાં B₄H₁₀ નું પ્રમાણ વધારે હતું. તેને ગરમ કરવાથી ડાઇબૉરેન પ્રાપ્ત થયો હતો. સ્ટૉકે પ્રક્રિયા શૂન્યાવકાશ ધરાવતી  નળીમાં કરી, જેથી રાસાયણિક રીતે સક્રિય તેવાં બૉરેન સંયોજનોનું અલગીકરણ શક્ય બન્યું.

પ્રયોગશાળામાં ડાઇબૉરેન સોડિયમ હાઇડ્રાઇડ અને બૉરોન ટ્રાઇફ્લોરાઇડની પ્રક્રિયાથી મેળવાય છે.

શ્લેષિંજર અને બર્ગે વીજવિભાર દ્વારા નીચેની પ્રક્રિયા વડે ડાઇબૉરેન મેળવ્યો હતો.

6H₂ + 2BBr₃ → B₂H₆ + 6HBr

ઊંચા અણુભાર ધરાવતા બૉરેન સીધી રાસાયણિક પ્રક્રિયાથી બનતા નથી, પરંતુ ડાઇબૉરેનના ઉષ્મીય વિભાજન(thermal decomposition)થી બનાવાય છે. આ પ્રક્રિયા હાઇડ્રોકાર્બનના વિભાજનને મળતી છે. કદાચ સૌથી વધુ સરળ રીત જેવા આયનોના હાઇડ્રાઇડ અપકર્ષણ  (abstraction)ની છે :

ગુણધર્મો : ડાઇબૉરેન અત્યંત સક્રિય, રંગવિહીન વાયુ છે. હવાની હાજરીમાં તે તુરત જ સળગી ઊઠે છે, જેથી પ્રયોગશાળામાં તેને શૂન્યાવકાશવાળી નળીમાં રાખવામાં આવે છે. પાણી કે આલ્કલીના જલીય દ્રાવણમાં તરત જ તેનું જલવિભાજન થાય છે અને હાઇડ્રોજન વાયુ છૂટો પડે છે. હાઇડ્રોજન સાથે ગરમ કરતાં તે ઊંચા અણુભારવાળા બૉરેન બનાવે છે. સામાન્ય રીતે આવા બૉરેન પ્રવાહી સ્વરૂપે મળે છે. પરંતુ B₆H₁₀ અને B₁₀H₁₄ ઘન સ્વરૂપે પ્રાપ્ત થાય છે. અણુભાર વધતો જાય તેમ હવાની હાજરીમાં આ સંયોજનોની સ્થિરતા વધતી જાય છે, જ્યારે પાણી સાથેની સક્રિયતા ઘટતી જાય છે. B₁₀H₁₄ હવાની હાજરીમાં નિષ્ક્રિય છે અને તેનું જલીય દ્રાવણ પ્રાપ્ય છે. બધા બૉરેન લૂઇસ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે અને ઇલેક્ટ્રૉનની જોડી સ્વીકારે છે. તેથી તેઓ એમાઇન સંયોજનો અને એમોનિયા સાથે પ્રક્રિયા કરી શકે છે.

કેટલાક બૉરેનનાં ગ.બિં. અને ઉ.બિં વગેરે નીચે દર્શાવ્યાં છે :

સૂત્ર	નામ	ગ.બિં(°સે.)	ઉ.બિં(°સે.)	(કિ.જૂ. મોલ–1)
નિડો-બૉરેન
B2H6	ડાઇબૉરેન(6)	–164.85	–92.59	36
B5H9	પેન્ટાબૉરેન(9)	–46.8	60	54
B6H10	હેક્ઝાબૉરેન(10)	–62.3	108	71
B8H12	ઑક્ટાબૉરેન(12)	(–35° થી ઉપર વિઘટન)	–
B10H14	ડેકાબૉરેન(14)	99.5	213	32
અરેક્નો-બૉરેન
B4H10	ટેટ્રાબૉરેન(10)	–120	18	58
B5H11	પેન્ટાબૉરેન(11)	–122	65	67 (અથવા 93)
B6H12	હેક્ઝાબૉરેન(12)	–82.3	80થી 90	111
B8H14	ઑક્ટાબૉરેન(14)	(–30°થી ઉપર વિઘટન)	–

(નોંધ : બૉરેનના નામાભિધાનમાં પૂર્વગ બૉરોન પરમાણુની સંખ્યા જ્યારે અનુલગ્ન અંક હાઇડ્રોજન પરમાણુની સંખ્યા દર્શાવે છે.)

બૉરેનની બાષ્પ પ્રાણીઓ ઉપર અત્યંત ઝેરી અસર કરે છે. તેમની બાષ્પનો રંગ ઘેરો ચોકલેટી હોવાથી ઝેરી અસરથી દૂર રહેવામાં સરળતા રહે છે. B₄H₁₀ સિવાયના બૉરેનનું સામાન્ય તાપમાને વિઘટન થઈ હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત થાય છે. ડાઇબૉરેન પાણી અથવા ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને બૉરોન હાઇડ્રૉક્સાઇડ બનાવે છે.

B₂H₆ + 6H₂O → 6H₂ + 2B(OH)₃

B₂H₆ + 3O₂  B₂O₃ + 3H₂O ↔ 2B(OH)₃

એમોનિયા અને ડાઇબૉરેન બોરેઝિન બનાવે છે, જેના ભૌતિક ગુણધર્મો બેન્ઝિનને મળતા છે.

3B₂H₆ + 6NH₃ → 2B₃N₃H₆ + 12H₂

બોરેઝિનની સંરચના બેન્ઝિન જેવી છે.

ઇથિલિનિક સંયોજનો સાથે આલ્કાઇલ બૉરેન બનાવે છે.

B₂H₆ + C₂H₄ → B₂H₅C₂H₅

B₂H₆ની ધાતુ હાઇડ્રાઇડો સાથેની પ્રક્રિયા વડે બૉરોહાઇડ્રાઇડ પ્રકારનાં અગત્યનાં સંયોજનો મળે છે.

બૉરેનનાં બંધારણ અને બૉરેનમાં આબંધન : બૉરેનનાં બંધારણ બીજાં તત્વોના હાઇડ્રાઇડના બંધારણથી અલગ હોય છે. બૉરેન ઇલેક્ટ્રૉનની અછતવાળાં સંયોજનો હોવાથી તેમાં બધા પરમાણુઓ વચ્ચે સાદા સહસંયોજક બંધ બની શકતા નથી. ડાઇબૉરેનનું બંધારણ ઇલેક્ટ્રૉન વિવર્તન(electron diffraction)ની મદદથી જાણી શકાયું છે. તેમાં બે બૉરોન પરમાણુ અને ચાર હાઇડ્રોજન પરમાણુ એક તલમાં હોય છે જયારે બે હાઇડ્રોજન પરમાણુ આ તલની ઉપર અને નીચે લંબગત તલમાં ગોઠવાયેલાં છે.

બે બૉરોન પરમાણુ સાથે જે ચાર હાઇડ્રોજન પરમાણુ એક તલમાં રહેલા હોય છે તેને અંત્ય (terminal) હાઇડ્રોજન પરમાણુ કહે છે, જ્યારે આ તલને લંબગત રહેલા તલમાં આવેલા બે હાઇડ્રોજન પરમાણુ સેતુ(bridge અથવા પુલ)-હાઇડ્રોજન પરમાણુ કહેવાય છે.

બે બૉરોન પરમાણુ વચ્ચેનું અંતર 1.77 Å હોય છે. જ્યારે બૉરોન પરમાણુ અને સેતુ-હાઇડ્રોજનની બંધલંબાઈ 1.33 Å અને બૉરોન પરમાણુ અને અંત્ય હાઇડ્રોજન વચ્ચેની બંધલંબાઈ 1.19 Å હોય છે; જે સામાન્ય સહસંયોજક બંધ જેટલી છે. બે સેતુ હાઇડ્રોજન અને બૉરોન પરમાણુ વચ્ચેનો બંધકોણ 97° અને બે ટર્મિનલ હાઇડ્રોજન અને બૉરોન પરમાણુ વચ્ચેનો બંધકોણ 121° હોય છે.

આ રીતે  ડાઇબૉરેનમાં બે પ્રકારના બંધ જોવા મળે છે.

(1) સાદા સહસંયોજક બે કેન્દ્ર – બે ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવતા (2c–2e) બંધ.

(2) ત્રણ કેન્દ્ર – બે ઇલેક્ટ્રૉન (3c – 2e) ધરાવતા સેતુ-બંધ, જે  બનાના(banana)-બંધ પણ કહેવાય છે.

ઇલેક્ટ્રૉનની અછત ત્રણ કેન્દ્ર – બે ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવતા બંધમાં હોય છે; જે આવા સેતુ-બંધની વધારે બંધ-લંબાઈ દર્શાવે છે.

ઊંચા અણુભારવાળા બૉરેનમાં અલગ અલગ પ્રકારના બંધ જોવા મળે છે.

(1) B–H વચ્ચે અંત્ય બંધ, જે સાદા (2c – 2e) સહસંયોજક બંધ છે.

(2) B–B વચ્ચેનો બંધ. આ પ્રકારના બંધ પણ સાદા (2c – 2e) સહસંયોજક બંધ છે.

(3) B–H–Bને જોડતા સેતુ-બંધ. જે (3c – 2e) પ્રકારના (ડાઇબૉરેન જેવા) હોય છે.

(4) B–B–Bને જોડતા ત્રિકેન્દ્રી સેતુ-બંધ, જે B–H–Bને જોડતા સેતુ-બંધ જેવા હોય છે. તે ખુલ્લા પ્રકારના બંધ છે અને તે નીચે પ્રમાણે દર્શાવાય છે :

(5) B–B–Bને જોડતા ત્રિકેન્દ્રી બંધ જે સંવૃત્ત પ્રકાર(closed type)ના હોય છે તે નીચે પ્રમાણે દર્શાવાય છે :

ડાઇબૉરેન અને ઊંચા અણુભાર ધરાવતા બૉરેનનાં બંધારણ નીચે દર્શાવેલ છે :

ઉપયોગ : બૉરેન અને તેમનાં વ્યુત્પન્નો જેટ વિમાન અને રૉકેટમાં ઊંચી શક્તિના બળતણ તરીકે વપરાય છે. એકમ વજનના બૉરેનની દહનઉષ્મા હાઇડ્રોકાર્બન બળતણો કરતાં ઘણી વધારે છે. ડાઇબૉરેન ક્ષારણ પ્રતિરોધક સપાટી બનાવવા વપરાય છે. કુદરતી અને કૃત્રિમ રબરના વલ્કનીકરણ (મજબૂતીકરણ) (vulcanizing) માટે અને સિલિકોન રબરની બનાવટમાં પણ બૉરેન વપરાય છે. કાર્બબૉરેન સંયોજનો ધાતુઓ અને પ્લાસ્ટિકના વીજવિહીન નિકલ પ્લેટિંગ માટે અપચાયકો તરીકે વપરાય છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ