Гидриды

Гидриды — это… Применение гидридов

Каждый из нас сталкивался с понятиями такой науки, как химия. Иногда они так похожи, что трудно отличить одно от другого.

Но очень важно разбираться во всех них потому, что иногда такое непонимание приводит к очень глупым ситуациям, а иногда и к непростительным ошибкам.

В этой статье мы расскажем, что такое гидриды, какие из них опасны, а какие нет, где они применяются и как получаются. Но начнём с краткого экскурса в историю.

История

Свою историю гидриды начинают с открытия водорода. Этот элемент ещё в 18 веке нашел Генри Кавендиш. Водород, как известно, входит в состав воды и является основой всех остальных элементов таблицы Менделеева. Благодаря ему возможно существование органических соединений и жизни на нашей планете.

Кроме того, водород является основой и для многих неорганических соединений. В их числе кислоты и щёлочи, а также уникальные бинарные соединения водорода с другими элементами — гидриды. Дата их первого синтеза точно неизвестна, но гидриды неметаллов были известны человеку ещё с древности. Самый распространенный из них — вода. Да, вода — это гидрид кислорода.

Также к этому классу относят аммиак (основной компонент нашатырного спирта), сероводород, хлороводород и им подобные соединения. Более подробно о свойствах веществ из этого многообразного и удивительного класса соединений мы поговорим в следующем разделе.

Физические свойства

Гидриды — это в большинстве своём газы. Однако, если брать гидриды металлов (они неустойчивы в обычных условиях и очень быстро реагируют с водой), то это могут быть и твёрдые вещества. Некоторые из них (например, бромоводород) существуют и в жидком состоянии.

Дать общую характеристику такому огромному классу веществ просто невозможно, ведь они все различны и, в зависимости от элемента, входящего в состав гидрида, помимо водорода, имеют разные физические характеристики и химические свойства. Но их можно разделить по классам, соединения в которых чем-то схожи. Ниже рассмотрим отдельно каждый класс.

Ионные гидриды — это соединения водорода с щелочными или щёлочноземельными металлами. Они представляют собой вещества белого цвета, устойчивые при нормальных условиях. При нагревании эти соединения разлагаются на входящий в их состав металл и водород без плавления. Одно исключение — это LiH, который плавится без разложения и при сильном нагревании превращается в Li и H2.

К ковалентным гидридам принадлежит как раз тот вид, что наиболее часто встречается на Земле: соединения водорода с неметаллами. Широкая область распространения этих веществ обусловлена их высокой устойчивостью, так как ковалентные связи являются самыми сильными из химических.

Как пример, формула гидрида кремния: SiH4. Если посмотреть на неё в объёме, то увидим, что водород очень плотно притянут к центральному атому кремния, а его электроны смещены к нему же.

Кремний обладает достаточно большой электроотрицательностью, поэтому способен сильнее притягивать электроны к своему ядру, тем самым сокращая длину связи между ним и соседним атомом.

А как известно, чем короче связь, тем она прочнее.

В следующем разделе обсудим, чем отличаются гидриды от других соединений в плане химической активности.

Химические свойства

В этом разделе также стоит поделить гидриды на те же группы, что и в прошлом. И начнём мы со свойств ионных гидридов.

Их основное отличие от двух других видов в том, что они активно взаимодействуют с водой с образованием щёлочи и выделением водорода в виде газа.

Реакция гидрид — вода довольно взрывоопасна, поэтому соединения чаще всего хранят без доступа влаги. Это делается потому, что вода, даже содержащаяся в воздухе, может инициировать опасное превращение.

Покажем уравнение вышеописанной реакции на примере такого вещества, как гидрид калия:

KH + H2O = KOH + H2

Как мы можем видеть, всё достаточно просто. Поэтому рассмотрим более интересные реакции, характерные для двух других видов описываемых нами веществ.

В принципе, остальные превращения, что мы не разобрали, характерны для всех типов веществ. Они склонны взаимодействовать с оксидами металлов, образуя металл, либо с водой, либо с гидроксидом (последнее характерно для щелочных и щёлочно-земельных металлов).

Итак, мы рассмотрели свойства этого вида бинарных соединений. Теперь стоит поговорить об их получении.

Получение гидридов

Почти все ковалентные гидриды — это природные соединения. Они достаточно устойчивы, поэтому не распадаются под действием внешних сил. С ионными и металлическими гидридами всё чуть сложнее. Они не существуют в природе, поэтому их приходится синтезировать. Делается это очень просто: реакцией взаимодействия водорода и элемента, гидрид которого требуется получить.

Применение

Некоторые гидриды не имеют конкретного применения, но большинство — очень важные для промышленности вещества.

Мы не будем вдаваться в подробности, ведь каждый слышал, что, например, аммиак применяется во многих сферах и служит незаменимым веществом для получения искусственных аминокислот и органических соединений.

Применение многих гидридов ограничено особенностями их химических свойств. Поэтому их используют исключительно в лабораторных экспериментах.

Применение — слишком обширный раздел для этого класса веществ, поэтому мы ограничились общими фактами. В следующей части расскажем вам, как многие из нас, не имея должных знаний, путают безобидные (или по крайней мере известные) вещества между собой.

Некоторые заблуждения

Например, некоторые считают, что гидрид водорода — нечто опасное. Если и можно так называть это вещество, то никто так не делает. Если вдуматься, то гидрид водорода — это соединение водорода с водородом, а значит — молекула H2. Конечно, этот газ опасен, но только в смеси с кислородом. В чистом виде он не представляет опасности.

Существует много непонятных названий. Непривычного человека они повергают в ужас. Однако, как показывает практика, большинство из них неопасно и применяется в бытовых целях.

Заключение

Мир химии огромен, и, мы думаем, что если не после этой, то после нескольких других статей вы сами в этом убедитесь. Именно поэтому имеет смысл погружаться в его изучение с головой. Человечество открыло много нового, и ещё больше остаётся неизвестным. И если вам кажется, что в области гидридов нет ничего интересного, вы сильно заблуждаетесь.

Гидрид • ru.knowledgr.com

В химии Гидрид — анион водорода, H, или, более обычно, это — сплав или состав, в котором или больше водородных центров имеют нуклеофильный, сокращение или основные свойства. В составах, которые расценены как гидриды, водород соединен с большим количеством electropositive элемента или группы.

Составы, содержащие водород, соединенный с металлами или металлоидом, могут также упоминаться как гидриды, даже при том, что в этом случае у водородных центров может быть характер протика.

Почти все элементы формируют двойные составы с водородом, исключения, являющиеся Им, Ne, Арканзас, Kr, пополудни, Ртом, Ir, Rn, франком и Ра.

Связи

Связи между водородом и другими элементами располагаются от высоко до несколько ковалентного. Некоторые гидриды, например, гидриды бора, не соответствуют классическим считающим электрон правилам, и соединение описано с точки зрения мультисосредоточенных связей, тогда как промежуточные гидриды часто включают металлическое соединение.

Гидриды могут быть дискретными молекулами, oligomers или полимерами, ионными твердыми частицами, chemisorbed монослои, оптовые металлы (промежуточные), и другие материалы.

В то время как гидриды традиционно реагируют, поскольку Льюис базируется или уменьшающие агенты, некоторые металлические гидриды ведут себя как дарители водородного атома и как кислоты.

Заявления

• Гидриды, такие как борогидрид натрия, литиевый алюминиевый гидрид, diisobutylaluminium гидрид (DIBAL) и супер гидрид, обычно используются в качестве уменьшающих агентов в химическом синтезе. Гидрид добавляет к центру electrophilic, типично ненасыщенному углероду.
• Гидриды, такие как гидрид натрия и гидрид калия используются в качестве сильных оснований в органическом синтезе. Гидрид реагирует со слабой кислотой Брэнстеда, выпускающей H.
• Гидриды, такие как гидрид кальция используются в качестве осушителей, т.е. сохнущих агентов, чтобы удалить воду следа из органических растворителей. Гидрид реагирует с водородом формирования воды и солью гидроокиси. Сухой растворитель может тогда быть дистиллирован, или vac передан от «растворяющего горшка».
• Гидриды важны в технологиях аккумуляторной батареи, таких как Металлическая никелем батарея гидрида. Различные металлические гидриды были исследованы на использование в качестве средства водородного хранения для приведенных в действие топливным элементом электромобилей и других ставивших целью аспектов водородной экономики.
• Комплексы гидрида — катализаторы и каталитические промежуточные звенья во множестве гомогенных и разнородных каталитических циклов. Важные примеры включают гидрирование, hydroformylation, hydrosilylation, hydrodesulfurization катализаторы. Даже определенные ферменты, hydrogenase, работают через промежуточные звенья гидрида. Энергоноситель NADH реагирует как даритель гидрида или эквивалентный гидрид.

Ион гидрида

Свободные анионы гидрида существуют только при чрезвычайных условиях и не призваны для гомогенного решения. Вместо этого у многих составов есть водородные центры с hydridic характером.

Кроме electride, ион гидрида — самый простой анион, состоя из двух электронов и протона. Водород имеет относительно низкую электронную близость, 72,77 кДж/молекулярные массы и реагирует экзотермическим образом с протонами как сильная база Льюиса.

:: H + H → H; ΔH =

−1676 kJ/mol

Низкая электронная близость водорода и сила связи H-H (∆H = 436 кДж/молекулярные массы) означают, что ион гидрида также был бы сильным уменьшающим агентом

:: H + 2e 2H; E = −2.25 V

Типы гидридов

Согласно общему определению каждый элемент периодической таблицы (кроме некоторых благородных газов) формирует один или несколько гидридов. Эти вещества были классифицированы в три главных типа согласно природе их соединения:

• Ионические гидриды, у которых есть значительный ионный характер соединения.
• Ковалентные гидриды, которые включают углеводороды и много других составов который ковалентно связь к водородным атомам.
• Промежуточные гидриды, которые могут быть описаны как наличие металлического соединения.

В то время как эти подразделения не использовались универсально, они все еще полезны, чтобы понять различия в гидридах.

Ионические гидриды

Ионический диалект или солевой гидрид, водородный атом, связанный с чрезвычайно electropositive металл, обычно щелочь металлический или щелочноземельный металл. В этих материалах водородный атом рассматривается как псевдогалид.

Солевые гидриды нерастворимые в обычных растворителях, отражая их немолекулярные структуры. Большинство ионных гидридов существует как «двойные» материалы, включающие только два элемента включая водород.

Ионические гидриды используются в качестве разнородных оснований и реактивов сокращения в органическом синтезе.

:CHC (O) CH + KH → CHC (O) CHK + H

:NaH + HO → H (g) + NaOH ΔH = −83.6 kJ/mol, ΔG =

−109.0 kJ/mol

Часто щелочные гидриды металла реагируют с металлическими галидами. Литиевый алюминиевый гидрид (часто сокращаемый как LAH) является результатом реакций литиевого гидрида с алюминиевым хлоридом.

:4 LiH + AlCl  LiAlH + 3

LiCl

Ковалентные гидриды

Согласно некоторым определениям, ковалентные гидриды покрывают все другие составы, содержащие водород. Некоторое определение ограничивает гидриды водородными центрами, которые формально реагируют как гидриды, т.е. являются нуклеофильными, и водородными атомами, связанными с металлическими центрами.

В этих веществах связь гидрида — формально ковалентная связь во многом как связь, сделанная протоном в слабой кислоте. Эта категория включает гидриды, которые существуют как дискретные молекулы, полимеры или oligomers и водород, который был chem-адсорбирован на поверхность.

Особенно важный сегмент ковалентных гидридов — сложные металлические гидриды, сильные разрешимые гидриды, обычно используемые в синтетических процедурах.

Молекулярные гидриды часто включают дополнительные лиганды такой, поскольку, diisobutylaluminium гидрид (DIBAL) состоит из двух алюминиевых центров, соединенных лигандами гидрида.

Гидриды, которые разрешимы в общих растворителях, широко используются в органическом синтезе.

Особенно распространенный борогидрид натрия (NaBH) и литиевый алюминиевый гидрид и реактивы, которым препятствуют, такие как DIBAL.

Промежуточные гидриды или металлические гидриды

Промежуточные гидриды обычно существуют в пределах металлов или сплавов. Их традиционно называют 'составами', даже при том, что они строго не соответствуют определению состава; более близко напоминая общие сплавы, такие как сталь. В таких гидридах водород может существовать или как атомные, или как двухатомные предприятия.

Механическая или тепловая обработка, такая как изгиб, нанесение удара или отжиг может заставить водород ускорять из решения, дегазировав. Их соединение обычно считают металлическим. Такие оптовые металлы перехода формируют промежуточные двойные гидриды, когда выставлено водороду.

Эти системы обычно нестехиометрические с переменными суммами водородных атомов в решетке. В разработке материалов явление водорода embrittlement следует из формирования промежуточных гидридов. Гидриды этого типа формируются согласно любому из двух главных механизмов.

Другой главный механизм включает электролитическое сокращение ионизированного водорода на поверхности металлической решетки, также сопровождаемой распространением протонов в решетку. Второй механизм ответственен за наблюдаемое временное расширение объема определенных электродов, используемых в электролитических экспериментах.

Палладий поглощает до 900 раз свой собственный объем водорода при комнатных температурах, формируя гидрид палладия. Этот материал был обсужден как средство нести водород для автомобильных топливных элементов. Промежуточные гидриды показывают определенное обещание как путь к безопасному водородному хранению.

В течение прошлых 25 лет много промежуточных гидридов были развиты, которые с готовностью поглощают и освобождают от обязательств водород при комнатной температуре и атмосферном давлении. Они обычно основаны на межметаллических составах и сплавах твердого раствора.

Однако их применение все еще ограничено, поскольку они способны к хранению только приблизительно 2 процентов веса водорода, недостаточны для автомобильных заявлений.

Комплексы гидрида металла перехода

Гидриды металла перехода включают составы, которые могут быть классифицированы как ковалентные гидриды. Некоторые даже классифицированы как промежуточные гидриды и другие гидриды соединения.

Классический гидрид металла перехода показывает единственную связь между водородным центром и металлом перехода. Некоторые гидриды металла перехода кислые, например, HCo (CO) и HFe (CO).

Анионы [ReH] и [FeH] — примеры от растущей коллекции известных молекулярных homoleptic металлических гидридов. Как псевдогалиды, лиганды гидрида способны к соединению положительно поляризованными водородными центрами.

Это взаимодействие, названное dihydrogen связью, подобно соединению водорода, которое существует между положительно поляризованными протонами и electronegative атомами с открытыми одинокими парами.

Дейтериды

Гидриды, содержащие дейтерий, известны как дейтериды. Некоторые дейтериды, такие как LiD, являются важным топливом сплава в термоядерном оружии.

Приложение на номенклатуре

Пропоток, дейтерид и tritide используются, чтобы описать ионы или составы, которые содержат обогащенный водород 1, дейтерий или тритий, соответственно.

В значении классика гидрид относится к любым формам водорода составов с другими элементами, передвигающимися на группы 1-16 (двойные составы водорода). Ниже представлен список номенклатуры для производных гидрида главных составов группы согласно этому определению:

• щелочь и щелочноземельные металлы: металлический гидрид
• бор: боран, BH
• алюминий: alumane,

AlH GaH InH TlH

• углерод: алканы, алкены, alkynes, и все углеводороды
• кремний: силан
• германий: релевантный
• олово: stannane
• лидерство: plumbane
• азот: аммиак ('azane', когда заменено), гидразин
• фосфор: фосфин (отмечают 'phosphane', является IUPAC, рекомендуемым имя)

,

• мышьяк: arsine (отмечают 'arsane', является IUPAC, рекомендуемым имя)

,

• сурьма: stibine (отмечают 'stibane', является IUPAC, рекомендуемым имя)

,

• висмут: bismuthine (отмечают 'bismuthane', является IUPAC, рекомендуемым имя)

,

• гелий: гидрид гелия (только существует как ион)

,

Согласно соглашению выше, следующее — «водородные составы» и не «гидриды»:

• кислород: вода ('oxidane', когда заменено; синоним: кислородный гидрид), перекись водорода
• сера: сероводород ('sulfane', когда заменено) синоним: гидрид серы
• селен: водородный селенид ('selane', когда заменено)
• теллур: водородный теллурид ('tellane', когда заменено)
• галогены: водородные галиды

Примеры:

• гидрид никеля: используемый в батареях NiMH
• гидрид палладия: электроды в холодном сплаве экспериментируют
• литиевый алюминиевый гидрид: влиятельный уменьшающий агент, используемый в органической химии
• борогидрид натрия: отборный специализированный агент сокращения, водородное хранение в топливных элементах
• гидрид натрия: сильная основа, используемая в органической химии
• diborane: уменьшающее вещество, топливо ракеты, допант полупроводника, катализатор, используется в органическом синтезе; также боран, pentaborane и decaborane
• arsine: используемый для допинга полупроводников
• stibine: используемый в промышленности полупроводника
• фосфин: используемый для окуривания
• силан: много промышленного использования, например, изготовление композиционных материалов и водоотталкивающих материалов
• аммиак: хладагент, топливо, удобрение, много другого промышленного использования
• сероводород: компонент природного газа, важный источник серы
• Химически, даже воду и углеводороды можно было считать гидридами.

Все гидриды металлоида очень огнеопасны. Все твердые неметаллические гидриды кроме льда очень огнеопасны. Но, когда Водород объединяется с галогенами, он производит кислоты, а не гидриды, и они не огнеопасны.

Соглашение предшествования

Согласно соглашению IUPAC, предшествованием (стилизовал electronegativity), водород падает между элементами группы 15 и группы 16. Поэтому у нас есть NH, 'гидрид азота' (аммиак), против HO, 'водородная окись' (вода).

Библиография

В. М. Мюллер, Дж. П. Блэкледж, Г. Г. Либовиц, металлические гидриды, академическое издание, Нью-Йорк и Лондон, (1968)

Внешние ссылки

Водород

Водород — самый распространенный элемент Вселенной.

1H 1s1

Изотопы:

11Н — протий — 99.985 %

12Н — дейтерий (Д) — 0.015 %,

13Н — тритий (Т) — радиоакт.

Аr 1,008

ЭО 2,1

На Земле атомы Н находятся в составе молекул Н2O, углеводородов СХНУ и других органических веществ.

Из каждых 100 атомов, распространенных на Земле, 16 — атомы водорода. В ПСЭ водород занимает уникальное положение — его располагают в двух главных подгруппах (I и VII групп).

По электронной конфигурации он формально относится к семейству s-элементов и имеет сходство со щел. Me:

— степень окисления +1 (в большинстве соединений);

— восстановительные свойства (Н° -1e- → Н+).

В соединениях с металлами (гидридах МеНх) водород имеет степень окисления -1 и проявляет свойства солеобразующего аниона Н1 (подобно галогенам). Кроме того, в свободном состоянии водород представляет собой газ, состоящий из двухатомных молекул Н2, что коренным образом отличает его от щел. Me и сближает с Hal2.

Физические свойства молекулярного

При об. Т Н2 — очень легкий бесцв. газ, без запаха, плохо растворимый в воде. Хорошо растворяется в твердых и расплавленных металлах, особенно Pt, Pd, Ni.

Способы получения

Промышленное производство

Основными видами сырья для промышленного производства Н2 являются газообразные, жидкие и твердые горючие ископаемые, а также вода.

а) Конверсия метана с водяным паром:

CH4 + H2O = СО + ЗН2

б) Газификация твердого топлива:

C + H2O = СО + Н2

(уголь) «водяной газ»

в) Электролитическое разложение воды в присутствии щелочей:

2Н2O = 2Н2 + O2

Лабораторные способы получения

а) Взаимодействие активных металлов с разбавленными растворами HCl или H2SO4, например:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

б) Взаимодействие щел. и щел.-зем. металлов с водой, например:

Са + 2Н2O = Са(ОН)2 + Н2

в) Взаимодействие Al, Zn, Si с водными растворами щелочей:

2Al + 2NaOH + 6Н2O = 2Na [Al(OH)4] + ЗН2

Si + 2NaOH + Н2O = Na2SiO3 + 2Н2

г) Электролиз разбавленных растворов хлоридов щел. металлов, например:

2NaCl + 2Н2O = Н2 + Cl2 + 2NaOH

д) Действие воды на гидриды металлов:

СаН2 + 2Н2O = 2H2 + Са(ОН)2

Характеристика гидридов металлов МеНх

Гидриды щел. и щел.-зем. Me — кристаллические ионные соединения, в расплавленном состоянии проводят электрический ток. Обладают высокой химической активностью, сильные восстановители. Взаимодействуют бурно с 02 воздуха, разлагают воду, восстанавливают металлы из оксидов, реагируют даже с азотом.
Примеры реакций:

CaH2 + O2 = CaO + H2O

NaH + H2O = NaOH + H2↑

3CaH2 + N2 = Ca3N2 + 3H2↑

При электролизе расплавов гидридов МеНх водород выделяется на аноде!