بوران الأمونيا (Ammonia Borane)

مقدمة

بوران الأمونيا (Ammonia Borane)، ويُعرف أيضًا باسم أمينوتري هيدروبورات (Aminotrihydroborate) أو بورازان (Borazane)، هو مركب كيميائي له الصيغة NH3BH3. وهو مادة صلبة عديمة اللون قابلة للذوبان في بعض المذيبات العضوية. يُعتبر بوران الأمونيا واعدًا لتخزين الهيدروجين نظرًا لاحتوائه على نسبة عالية من الهيدروجين، حيث تبلغ حوالي 19.6% من وزنه.

التركيب والبنية

يتكون جزيء بوران الأمونيا من ذرة بورون مرتبطة بثلاث ذرات هيدروجين ومجموعة أمين (NH3). يرتبط البورون والنيتروجين برابطة تساهمية داتيف (dative bond) أو تناسقية. هذا يعني أن كلا الإلكترونين في الرابطة يأتيان من ذرة النيتروجين. البنية الجزيئية لبوران الأمونيا تشبه الإيثان (ethane)، مع تناوب مجموعات الأمين وثلاثي هيدروبورون.

الخصائص

المظهر: مادة صلبة بيضاء أو عديمة اللون.
الذوبانية: يذوب في بعض المذيبات العضوية مثل رباعي هيدروفيوران (THF) وثنائي إيثيل الإيثر، ولكنه قليل الذوبان في الماء.
نقطة الانصهار: يتحلل قبل الانصهار، عادةً بين 105-115 درجة مئوية، مصحوبًا بإطلاق الهيدروجين.
الكثافة: 0.74 غ/سم³
الثبات: مستقر في الظروف العادية، ولكن يمكن أن يتحلل تحت تأثير الحرارة أو المحفزات.
محتوى الهيدروجين: يحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين (19.6% بالوزن)، مما يجعله مادة واعدة لتخزين الهيدروجين.

إنتاج بوران الأمونيا

هناك عدة طرق لإنتاج بوران الأمونيا، ولكن الطريقة الأكثر شيوعًا هي تفاعل بوروهيدريد الليثيوم (Lithium borohydride) أو بوروهيدريد الصوديوم (Sodium borohydride) مع ملح الأمونيوم في مذيب مناسب. على سبيل المثال:

LiBH₄ + NH₄Cl → NH₃BH₃ + LiCl

NaBH₄ + NH₄Cl → NH₃BH₃ + NaCl

يتم بعد ذلك تنقية المنتج (بوران الأمونيا) عن طريق إعادة التبلور أو التسامي.

استخدامات بوران الأمونيا

لبوران الأمونيا العديد من الاستخدامات المحتملة، وأهمها:

تخزين الهيدروجين: يُعتبر بوران الأمونيا مادة واعدة لتخزين الهيدروجين بسبب محتواه العالي من الهيدروجين وإمكانية إطلاقه تحت ظروف معتدلة. يمكن استخدام الهيدروجين الناتج في خلايا الوقود لتوليد الكهرباء.
عامل اختزال: يُستخدم بوران الأمونيا كعامل اختزال في التفاعلات العضوية وغير العضوية.
مقدمة لمركبات البورون: يمكن استخدام بوران الأمونيا كمادة بادئة (precursor) لتصنيع مركبات البورون الأخرى.
في الطب: يتم استكشاف استخدام بوران الأمونيا في تطبيقات طبية مثل علاج السرطان.

تخزين الهيدروجين

يعتبر تخزين الهيدروجين تحديًا كبيرًا في تطوير اقتصاد الهيدروجين. بوران الأمونيا يقدم بعض المزايا مقارنة بطرق تخزين الهيدروجين الأخرى، مثل:

كثافة تخزين عالية: يحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين مقارنة بوزنه.
الاستقرار: مستقر في الظروف العادية ولا يحتاج إلى ضغط عالٍ أو درجات حرارة منخفضة للتخزين.
سهولة النقل: يمكن نقله وتخزينه بسهولة مقارنة بالهيدروجين الغازي أو السائل.

ومع ذلك، هناك بعض التحديات التي تواجه استخدام بوران الأمونيا لتخزين الهيدروجين، مثل:

إطلاق الهيدروجين: يتطلب إطلاق الهيدروجين من بوران الأمونيا استخدام محفز أو تطبيق حرارة عالية، مما قد يستهلك طاقة.
المنتجات الثانوية: قد يؤدي تحلل بوران الأمونيا إلى تكوين منتجات ثانوية غير مرغوب فيها، مثل البورازين (Borazine)، والتي يجب إزالتها.
إعادة التدوير: إعادة تدوير بوران الأمونيا بعد إطلاق الهيدروجين عملية معقدة ومكلفة.

يجري حاليًا تطوير طرق جديدة لتحسين إطلاق الهيدروجين وتقليل تكوين المنتجات الثانوية وتطوير طرق فعالة لإعادة تدوير بوران الأمونيا.

آلية إطلاق الهيدروجين

يمكن إطلاق الهيدروجين من بوران الأمونيا عن طريق التسخين أو باستخدام محفز. آلية التحلل معقدة وتعتمد على الظروف. بشكل عام، تتضمن الخطوات الأولية تكوين مادة صلبة وسيطة تسمى بوليامينوبوران (polyaminoborane)، والتي تتحلل لاحقًا لإطلاق الهيدروجين.

تعتمد آلية التفاعل الدقيقة على درجة الحرارة والمحفز المستخدم. في درجات الحرارة المنخفضة، يتم إطلاق الهيدروجين بشكل تدريجي، بينما في درجات الحرارة العالية، يتم إطلاق الهيدروجين بسرعة أكبر.

السلامة والتعامل

بوران الأمونيا مركب كيميائي يجب التعامل معه بحذر. فيما يلي بعض الاحتياطات الواجب اتخاذها:

التخزين: يجب تخزين بوران الأمونيا في حاوية مغلقة بإحكام في مكان بارد وجاف.
التعامل: يجب ارتداء قفازات ونظارات واقية عند التعامل مع بوران الأمونيا.
الاستنشاق: تجنب استنشاق الغبار الناتج عن بوران الأمونيا.
الحريق: بوران الأمونيا قابل للاشتعال ويجب إبقاؤه بعيدًا عن مصادر الاشتعال.

الأبحاث الحالية والمستقبل

تجري حاليًا أبحاث مكثفة لتحسين خصائص بوران الأمونيا كمادة لتخزين الهيدروجين. تركز هذه الأبحاث على:

تطوير محفزات جديدة: تهدف إلى تطوير محفزات أكثر فعالية لإطلاق الهيدروجين من بوران الأمونيا في درجات حرارة منخفضة.
تعديل بوران الأمونيا: يتم تعديل بوران الأمونيا بإضافة مواد أخرى لتحسين استقراره وتقليل تكوين المنتجات الثانوية.
تطوير طرق إعادة التدوير: يتم تطوير طرق جديدة لإعادة تدوير بوران الأمونيا بعد إطلاق الهيدروجين.
تطبيقات جديدة: يتم استكشاف تطبيقات جديدة لبوران الأمونيا في مجالات مثل الطب والإلكترونيات.

من المتوقع أن تلعب بوران الأمونيا دورًا هامًا في تطوير اقتصاد الهيدروجين في المستقبل.

تطبيقات طبية محتملة

بالإضافة إلى تطبيقات تخزين الهيدروجين، يتم استكشاف بوران الأمونيا في تطبيقات طبية. على سبيل المثال، يُدرس استخدامه في علاج السرطان من خلال العلاج بأسر البورون بالنيوترونات (Boron Neutron Capture Therapy – BNCT). في هذا العلاج، يتم حقن المريض بمركب يحتوي على البورون، والذي يتراكم بشكل تفضيلي في الخلايا السرطانية. ثم يتم تعريض المريض لحزمة من النيوترونات، والتي تتفاعل مع البورون لتكوين جسيمات مشحونة تدمر الخلايا السرطانية. بوران الأمونيا هو أحد المركبات التي يتم دراستها لاستخدامها في BNCT.

خاتمة

بوران الأمونيا مركب كيميائي واعد له العديد من الاستخدامات المحتملة، وعلى رأسها تخزين الهيدروجين. يتميز بمحتواه العالي من الهيدروجين وسهولة تخزينه ونقله. ومع ذلك، هناك بعض التحديات التي تواجه استخدامه، مثل إطلاق الهيدروجين والمنتجات الثانوية وإعادة التدوير. تجري حاليًا أبحاث مكثفة للتغلب على هذه التحديات وتطوير تطبيقات جديدة لبوران الأمونيا. من المتوقع أن يلعب بوران الأمونيا دورًا هامًا في تطوير اقتصاد الهيدروجين ومجالات أخرى في المستقبل.