Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.6: Гідриди

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    18025

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Поєднання водню з іншим елементом виробляє гідрид, Е х Н у. Формальний заряд або ступінь окислення водню в цих сполуках залежить від відносної електронегативності розглянутого елемента.

    Іонні гідриди

    Сполуки водню з високоелектропозитивними металами, тобто ті, в яких метал має електронегативність менше 1,2, є іонними з воднем, що має конфігурацію s 2 (H -). Типовими іонними гідридами металів є метали групи 1 (IA) та важчі метали групи 2 (IIA).

    Іонний радіус іона гідриду знаходиться між радіусом фтору і хлориду і таким же, як оксид (табл.\(\PageIndex{2}\) 2). Як наслідок, у твердому стані іон гідриду повторює іон галогенідного іона (наприклад, Cl -), і як такі подібні твердотільні структури спостерігаються (табл.\(\PageIndex{2}\) 3).

    Іон Іонний радіус (Å)
    Н - 1.40
    F - 1.36
    Кл - 1.81
    О 2- 1.40
    Таблиця\(\PageIndex{2}\) .2: Вибрані іонні радіуси.
    Металеві Гідрид Фтор Хлорид
    Лі 4.085 4.0173 5.129
    Na 4.880 4.620 5.640
    К 5.700 5.347 6.292
    Рб 6.037 5.640 6.581
    Cs 6.376 6.008 7.020
    Таблиця\(\PageIndex{2}\) .3: Параметри решітки (Å) для гідридів і галогенідів солей металів групи 1 з кубічними структурами кам'яної солі.

    На відміну від галогенідних іонів, розчинних у воді, іон гідриду реагує з водою (2,32), і, отже, NaH і CaH 2 зазвичай використовуються як сушильні агенти. Вивільнення водню використовувалося як комерційне джерело водню для дрібномасштабних застосувань.

    \[H^- + H_2O \rightarrow OH^- + H_{2 (g)}\]

    ПОПЕРЕДЖЕННЯ

    Металеві гідриди групи 1 і 2 можуть запалюватися в повітрі, особливо при контакті з водою для виділення водню, який також є легкозаймистим. Гідроліз перетворює гідрид в аналогічний гідроксид, який є їдкими основами. На практиці більшість іонних гідридів дозуються у вигляді дисперсії в маслі, з якою можна безпечно обробляти в повітрі.

    ковалентні гідриди

    Найбільш поширеними бінарними сполуками водню є ті, в яких водневі зв'язки мають характер ковалентного зв'язку. Зв'язок E-H, як правило, полярний, починаючи від тих, в яких водень поляризований позитивно (наприклад, ті, що мають неметали, такі як F, O, S та C) до тих, де він негативний (наприклад, з металами та металоїдами, такими як B, Al тощо). Гідрид магнію є проміжним між ковалентним та іонним, оскільки він має полімерну тверду речовину, подібну AlH 3, але швидко реагує з водою, як іонні гідриди. У табл\(\PageIndex{2}\). 4 наведено важливі ковалентні гідриди p-блокових елементів. Слід зазначити, що всі органічні вуглеводні можна розглядати як просто гідриди вуглецю!

    Група 13 Група 14 Група 15 Група 16 Група 17
    Б 2 Ч 6 С н Н 2н+2, С н Н 2н, С н Н 2н-2 Н 3, Н 2 Ч 4 Н 2 О, Н 2 О 2 HF
    (Лах 3 н) Сі н Н 2н+2 РН 3, П 2 Ч 4 Н 2 С, Н 2 С н HCl
    Газ 2 ч 6 Отримати в НЧ 2н+2 АШ 3 Н 2 Сб HBr
    СНН 4 СбН 3 Н 2 Чт ПРИВІТ

    Елементи групи 14 - 17 утворюють гідриди з нормальними ковалентними зв'язками, в яких водень пов'язаний єдиним зв'язком з відповідним елементом. На відміну від цього, елементи групи 13 (як це типізовано бором) демонструють другий тип ковалентного зв'язку: електронно-дефіцитний водневий мостовий зв'язок. У цьому типі зв'язку ядро водню вбудовано в молекулярну орбіталь, яка охоплює більше двох атомів для створення багатоцентрового двоелектронного зв'язку. Диборан (рис\(\PageIndex{2}\). 13) являє собою архетипну сполуку, що містить водневий мостовий зв'язок. Гідриди не обмежуються термінальними (E-H) або тими, що з'єднують два атоми (E-H-E), але також відомі там, де водневі мости (або ковпачки) більше двох атомів, тобто на рис\(\PageIndex{2}\). 14.

    Малюнок <проліт перевести =\ (\ Індекс сторінки {2}\) .13.png» src =» https://chem.libretexts.org/@api/dek...igure_2.13.png "/>
    Малюнок\(\PageIndex{13}\): Будова диборана (B2H6); де рожевий = бор; білий = водень.
    Малюнок <проліт перевести =\ (\ індекс сторінки {2}\) .14.png» стиль = «ширина: 429 пікселів; висота: 404 пікселів;» ширина = «429px» висота = «404px» src =» https://chem.libretexts.org/@api/dek...igure_2.14.png "/>
    Рисунок\(\PageIndex{14}\): Структура {[(Me 3 P) 3 WH 5] - Li +} 4 показує наявність кінцевих, мостових та трифуркованих гідридів. Метильні групи були опущені для наочності. Адаптовано з А. Р. Баррон, М.Б. Херстхаус, М. Motevalli, і Г. Вілкінсон, Дж. Chem. Соц., Хім. Комун. , 1986, 81.

    Синтез ковалентних гідридів

    Ковалентні гідриди можуть бути виготовлені цілим рядом синтетичних шляхів. Найпростішим є пряме поєднання елементів (аналогічно тому, що використовується з іонними гідридами).

    \[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O \]

    Застосування гідриду в якості реагенту для зменшення галогеніду або оксиду потрібного елемента

    \[ SiCl_4 + LiAlH_4 \rightarrow SiH_4 + LiAlCl_4 \]

    Фосфіди металів, карбіди, силіциди та бориди призводять до утворення гідриду.

    \[Ca_3P_2 + 6 H_2O \rightarrow 2 PH_3 + 3 Ca(OH)_2 \]

    Гідридні сполуки можуть перемикатися в присутності каталізатора, тепла або електричного розряду. Це основа каталітичного крекінгу нафтових сумішей.

    Інтерстиціальні гідриди

    Багато перехідних металів, лантаніди та актиніди поглинають водень, даючи металевий гідрид, який зберігає властивості металу, хоча наявність водню призводить до крихкості металу. Як такі ці гідриди найкраще розглядати як сплави, оскільки вони не мають визначеної стехіометрії. Наприклад, ванадій поглинає водень з утворенням сплаву з максимальним вмістом водню VH 1,6. Аналогічним чином паладій утворює PDH 0,6. Атоми водню присутні в інтерстиціальних ділянках у решітці металу; отже, інтерстиціальний гідрид. Інтерстиціальні гідриди показують певну обіцянку як спосіб безпечного зберігання водню.

    Бібліографія

    • Баррон, М.Б. Херстхаус, М. Мотеваллі, і Г. Вілкінсон, Дж. Chem. Соц., Хім. Комун. , 1986, 81.