Хидрид

Хидрид — формално анјон на водородот (H⁻).^[1] Во најширока смисла, сите соединенија што содржат ковалентно сврзани водородни атоми се нарекуваат хидриди: водата (H₂O) е хидрид на кислородот, амонијакот е хидрид на азотот итн. За неорганските хемичари, хидрити се однесува на соединенија и јони каде водородот е ковалентно сврзан со помалку електронегативен елемент. Во такви случаи, средиштето со H има нуклеофилен карактер, за разлика од протичкиот карактер на киселините. Хидридниот анјон многу ретко се забележува.

Речиси сите елементи градат бинарни соединенија со водородот со исклучок на He,^[2] Ne,^[3] Ar,^[4] Kr,^[5] Pm, Os, Ir, Rn, Fr и Ra.^[6][7][8][9] Изградени се и егзотични молекули како позитрониум хидрид.

Врски

Врските меѓу водородот и другите елементи се движат од многу до умерено ковалентни. Некои хидрати како борните хидриди не се повинуваат на правилата за пребројување на електрони, па сврзувањето има повеќесредишни врски, додека пак меѓупросторните хидрди честопати имаат метални врски. Хидридите можат да бидат одделни молекули, олигомери или полимери, јонски цврсти супстанции, хемисорбирани монослоеви, кабасти метали (меѓупросторни) или други материјали. Иако хидридите традиционално реагират како Луисови бази или редуктори, некои метални хидриди имаат поведение на водородноатомски дарители и делуваат како киселини.

Примена

Трис(триметилсилил)силанот е пример за хидрид со слаба врска со H. Се користи како извор на водородни атоми.^[10]

Метални хидриди (на пр. H₂RhCl(PPh₃)₂ добиени со Вилкинсонов катализатор) се меѓупроизводи на хидрогенациската катализа.

• Хидридите како натриум борохидрид, литиум алуминиум хидрид, диизобутилалуминиум хидрид (DIBAL) и суперхидрид, често се користат како редуктори во хемиска синтеза. Хидридот се придодава кон електрфилно средиште, обично незаситен јаглерод.
• Хидридите како натриум хидрид и калиум хидрид се користит како силни бази во органската синтеза. Хидридот реагира со слабата Бренстедова киселина испуштајќи H₂.
• Хидридите како калциум хидрид се користат како исушувачи, за отстранување на примесната вода од органските растворувачи. ХИдридот реагира со водата образувајќи водород и хидроксидна сол. Сувиот растворувач потоа може да се дестилира или со вакуум да се пренесе од растворниот сад.
• Хидридите се важни и кај акумулаторите како никел-металхидридниот. Испитувани се разни метални хидриди за нивна погодност за складирање на водородот во горивни ќелии за електрични автомобили и други предложени намени во водородното стопанство.^[11]

• Хидридните комплекси се катализатори и каталитички посредници во разни еднородни и разнородни каталитички циклуси. Важни примери се катализаторите за хидрогенација, хидроформилација, хидросилација и хидродесулфуризација. Дури и извесни ензими како хидрогеназата работата преку хидридни посредници. Носителот на енергија никотинамид аденин динуклеотид реагира како хидриден дарител или хидриден еквивалент.

Хидриден анјон

Поврзано: Водороден анјон

Слободните хидридни анјони постојат само во екстремни услови и не се поттикнуваат за еднороден раствор. Наместо тоа, многу соединенија имаат водородни средишта со хидриден карактер.

Освен електридот, хидридниот јон е најпростиот можен анјон, и се состои од два електрона и протон. Водородот има релативно мал електронски афинитет (72,77 kJ/mol) и реагира егзотермно со протоните како моќна Луисова база.

${\displaystyle {\ce {H- + H+ -> H2}}}$ ΔH = −1676 kJ/mol

Малиот електронски афинитет на водородот и јачината на врската H–H (ΔH_BE = 436 kJ/mol) го прават хидридниот јон да биде и силен редуктор

${\displaystyle {\ce {H2 + 2e- <=> 2H-}}}$ E ^o = −2,25 V

Видови хидриди

Според општата дефиниција, секој елемент од периодниот систем (освен некои благородни гасови) гради еден или повеќе хидриди. Овие супстанции се делат на три групи според природата на нивната врска:^[6]

• Јонски хидриди, значително се одликуваат со јонско сврзување.
• Ковалентни хидриди, кои ги опфаќаат јаглеводородите и многу други соединенија кои се ковалентно сврзани за водородните атоми.
• Меѓупросторни хидриди, кои имаат метални врски.

Јонски хидриди

Овие се стехиометриски соединенија на водородот. Јонските или солени хидриди се сочинети од водород сврзан со електропозитивен метал, обично алкален или земноалкален. Двовалентните лантаноиди како европиумот и итербиумот градат соединенија слични на оние од потешките земноалкални метали. Во овие материјали хидридот се смета за псевдохалид. Солените хидриди се нерастворливи во вообичените растворувачи, што ги одразува нивните немолекулски структури. Јонските хидриди се користат како бази и, понекогаш, како редуктивни реагенси во органската синтеза.^[12]

${\displaystyle {\ce {{C6H5C(O)CH3}{}+ {KH}-> C6H5C(O)CH2K{}+ H2}}}$

Типични растворувачи за таквии реакции се етрите. Водата и другите протички растворувачи не можат да служат како средина за јонски хидриди бидејќи хидридниот јон е посилна база од хидроксидот и највеќето хидроксилни анјони. Водородниот гас се ослободува во типична киселинско-базна реаккција.

${\displaystyle {\ce {NaH + H2O -> H2_{(g)}{}+ NaOH}}}$

ΔH = −83,6 kJ/mol, ΔG = −109,0 kJ/mol

Алкалнометалните хидриди често реагираат со метални хидриди. Литиум алуминиум хидридот (LAH) произлегува од реакции на литиум хидрид со алуминиум хлорид.

${\displaystyle {\ce {{4 LiH}+ AlCl3 -> LiAlH4{}+ 3 LiCl}}}$

Ковалентни хидриди

Според некои дефиниции, ковалентните ковалентните хидриди ги опфаќаат сите други соединенија што содржат водород. Некои дефиниции се ограничуваат на соединенијата со водородни средишта кои формално реагираат како хидриди, т.е. се нуклеофилни, и водородните атоми сврзани со метални средишта. Овие хидриди ги градат сите вистински неметали (освен елементи од нултата група) и елементите како Al, Ga, Sn, Pb, Bi, Po итн., кои се нормално метални по природа, т.е. во класата спаѓаат хидриди на елементи од p-блокот. Во овие супстанции хидридната врска формално е ковалентна врска како онаа што ја градат протон и слаба киселина. Во оваа категорија влегуваат хидриди кои постојат како одделни подекули, полимери или олигомери, како и водород хемиски адсорбиан на површина. Особено важен дел од ковалентните хидриди се комплексните метални хидриди, моќни растворливи хидриди кои често се користат во синтетички постапки.

Молекулските хидриди неретко имаат дополнителни лиганди; на пример, диизобуилалуминиум хидридот (DIBAL) се состои од две алуминиумски средишта премостени со хидридни лиганди. Хидридите растовливи во вообичаени растворувачи наоѓаат широка примена во органската синтеза. Особено застапени се натриум борохидридот (NaBH
4) и литиум алуминиум хидридот, но и попречени реагенси како DIBAL.

Меѓупросторни хидриди или метални хидриди

Метален хидрид за складирање на водород

Меѓупросторните хидриди најчесто постојат во метали или легури. Традиционално се нарекуваат „соединенија“ иако не се придржуваат до строгата дефиниција, туку се сполични на често застапеите легури како челикот. Кај таквите хидриди, водородот може да постои како атомски или двоатомски. Механичката или топлинска обработка како виткање, удирање и жарење, може да предизвика губрње на водородот да го напушти соединението како гас. Нивното сврзување се смета за метално. Ваквите габаритни преодни метали градат меѓупросторни двоични хидриди кога ќе се изложат на водород. Овие системи обично се нестехиометриски, со разни количества на водородни атоми во решетката. In материјалното инженерство, појавата на вородорна кршливост настанува поради образувањето на меѓупросторни хидриди. Хидридите од овој вид се образуваат со еден или два главни механизми. Првиот подразбира адсорпција на диводород, проследена од цепењето на врската H-H, делокализацијата на водородните електрони, а на крајот расејување на протоните во металната решетка. Другиот главен меганизам подразбира електролитичка редукција на јонизираниот водород на површината на металната решетка, исто така образувана со расејување на протони во решетката. Вториот механизам е одговорен за забележаното привремено зафатнинско ширење на извесни електроди кои се користат во електролитички опити.

Паладиумот впива водород до 900 пати повеќе од сопствената зафатнина на собна температура, образувајќи паладиум хидрид. Овој материјал е разгледуван како начин носење на водород за горивни ќелии за возила. Меѓупросторните хидриди покажуваат извесни изгледи како начин на безбедсно складирање на водород. Проучувањата на неутронсото скршнување покажале дека водородните атоми произволно ги зафаќаат октоедарските меѓупростори во металната решетка (во fcc-решетка има една октоедарска дупка по метален атом). Границата на впивање при нормален притосок изнесува PdH0,7, што значи дека околу 70 % од октоедарските дупки се зафатени.^[13]

Развиени се многу меѓупросторни хидриди кои лесно впиваат и оддаваат кислород на собна температура и атмосферски притисок. ТИе обично се засноваат на меѓуметални соединенија и цврсторастворни легури. Меѓутоа, нивната примена сè уште е ограничена, бидејќи можат да складираат само 2 % од водородот (по тежина), што е недоволно за употреба во возила.^[14]

Структура на [HRu
6(CO)
18]−
, метален грозд со лиганд на меѓупросторни хидриди (мало светлосино топче во средината).^[15]

Преоднометални хидридни комплекси

Преоднометалните хидриди опфаќаат содржини кои можат да се класификуваат како ковалентни хидриди. Некои дури се класификуваат како меѓупросторни хидриди и други мостовни хидриди. Класичните преоднометални хидриди имаат единечна врска помеѓу водородното средуште и преодниот метал. Извесни преоднометални хидриди се кисели, на пр. HCo(CO)
4 и H
2Fe(CO)
4. Анјоните калиум нонахидридоренат [ReH
9]²⁻ и [FeH
6]⁴⁻ се примери од растечи збир на познато молекулски хомолептички метални хидриди.^[16] Како псевдохалиди, хидридните лиганди имаат способност да се сврзуваат со позитивно поларизирани водородни средишта. Ова земодејство, наречено диводородно сврзување, е слично на водородното сврзување, поларизиранип протони и електронегативни атоми со отворени слободни парови.

Протоди

Хидридите кои содржат протиум се нарекуваат протиди.

Деутериди

Хидридите кои содржат деутериум се нарекуваат деутериди. Некои деутериди како LiD, се важни фузиски горива за вородорни бомби и корисни збавувачи во јадрени реактори.

Тритиди

Хидридите кои содржат трициум се нарекуваат тритиди.

Мешани анјонски соединенија

Мешаните анјонски соединенија содржат хидрид и со други анјони. Тука спаѓаат боридните хидриди, карбохидридите, хидридонитридите, оксихидридите и други.

Прилог за номеклатура

Протид, деутерид и тритид опишуват јони или соединенија што содржат збогатен водород-1, деутериум или трициум.

Во класична смисла, хидрид се однесува на секое соединение кое водородот го гради со други елементи, опфаќајќи ги групите 1–16 (Бинарни соединенија на водородот). Следи список на номенклатурата за хидридните деривати од главната група на соединенија според оваа дефиниција:^[9]

• алкални и алкалноземни метални: метален хидрид
• бор: боран, BH₃
• алуминиум: алуман, AlH₃
• галиум: галан, GaH₃
• индиум: индиган, InH₃
• талиум: талан, TlH₃
• јаглерод: алкани, алкени, алкини и сите јаглеводороди
• силициум: силан
• германиум: герман
• калај: станан
• олово: плумбан
• азот: амонијак („азан“ кога е заменет), хидразин
• фосфор: фосфин (МСЧПХ го препорачува името „фосфан“)
• арсен: арсин (МСЧПХ го препорачува името „арсан“)
• антимон: стибин (МСЧПХ го препорачува името „стибан“)
• бизмут: бизмутин (МСЧПХ го препорачува името „бизмутан“)
• хелиум: хелиум хидрид (постои само како јон)

Според гореприкажаниот начин на гледање, следниве се „водородни соединенија“, а не „хидриди“:

• кислород: вода („оксидан“ кога е заменет; синоним: водород оксид), водород пероксид
• сулфур: сулфурводород („сулфан“ кога е заменет)
• селен: селеноводород („селан“ кога е заменет)
• телур: телуроводород („телан“ кога е заменет)
• полониум: полониум хидрид („полан“ кога е заменет)
• халогени: водородни халиди

Примери:

• никел хидрид: се користат во никел-металхидридни акумулатори (NiMH)
• паладиум хидрид: електроди во опити со ладно соединување
• литиум алуминиум хидрид: силен редуктор во органската хемија
• натриум борохидрид: селективен наменски редуктор, складирање на водород во горивни ќелии
• натриум хидрид: моќна база во органската хемија
• диборан: редуктор, ракетно гориво, поуспроводнички допант, катализатор со примена во органската синтеза; исто така боран, пентаборан и декаборан
• арсин: служи за допирање на полуспроводници
• стибин: се користи во полуспроводничката индустрија
• фосфин: служи за фумигација
• силан: многу индустриски гранки, како на пр. производството на композитни материјали и водоотпорници
• амонијак: разладувач, гориво, вештачко ѓубриво, многу други индустриски примени
• сулфурводород: составница на земнит гас, важен извор на сулфур
• Хемиски, дури и водата и јаглеводородите може да се сметаат за хидриди.

Сите металоидни хидриди се многу запаливи. Сите цврсти неметални хидриди освен мразот исто така се многу запаливи. Но кога водородот ќе се смеша со хелогени, тој создава киселини наместо хидриди, и истите не се запаливи.

Поврзано

• Хидрон (водороден катјон)
• Хидрониум
• Протон
• Ворододен јон

Наводи

1. „hydron (H02904)“. IUPAC. 24 февруари 2014. Посетено на 11 мај 2021.
2. Хелим хидридот постои како јон.
3. Неониумот е јон, а постои и ексцимерот HNe.
4. Аргониумот постои како јон.
5. Криптониумскиот јон постои како катјон.
6. Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the elements (2. изд.). Boston, Mass: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4. OCLC 48138330.
7. Lee, J.D. (2008). Concise Inorganic Chemistry (5. изд.). Wiley. ISBN 978-81-265-1554-7.
8. Massey, A.G. (2000). Main Group Chemistry. Inorganic Chemistry. Wiley. ISBN 978-0-471-49039-5.
9. Nomenclature of Inorganic Chemistry ("The Red Book") (PDF). IUPAC Recommendations. 2005. Par. IR-6.
10. Chatgilialoglu, Chryssostomos; Ferreri, Carla; Landais, Yannick; Timokhin, Vitaliy I. (2018). „Thirty Years of (TMS)₃SiH: A Milestone in Radical-Based Synthetic Chemistry“. Chemical Reviews. 118 (14): 6516–6572. doi:10.1021/acs.chemrev.8b00109. PMID 29938502. S2CID 49413857.
11. Grochala, Wojciech; Edwards, Peter P. (1 март 2004). „Thermal Decomposition of the Non-Interstitial Hydrides for the Storage and Production of Hydrogen“. Chemical Reviews. 104 (3): 1283–1316. doi:10.1021/cr030691s. PMID 15008624.
12. Brown, H. C. (1975). Organic Syntheses via Boranes. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-11280-1.
13. Паладиум хидрид
14. Züttel, Andreas (2003). „Materials for hydrogen storage“. Materials Today. 6 (9): 24–33. doi:10.1016/s1369-7021(03)00922-2.
15. Jackson, Peter F.; Johnson, Brian F. G.; Lewis, Jack; Raithby, Paul R.; McPartlin, Mary; Nelson, William J. H.; Rouse, Keith D.; Allibon, John; Mason, Sax A. (1980). „Direct location of the interstitial hydride ligand in [HRu6(CO)18]– by both X-ray and neutron analyses of [Ph4As][HRu6(CO)18] by Both X-ray and Neutron Analyses of [Ph4As][HRu6(CO)18]“. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications (7): 295. doi:10.1039/c39800000295.
16. A. Dedieu (уред.) Transition Metal Hydrides 1991, Wiley-VCH, Weinheim. ISBN 0-471-18768-2

Библиографија

• W. M. Mueller, J. P. Blackledge, G. G. Libowitz, Metal Hydrides, Academic Press, N.Y. and London, (1968)

Надворешни врски

• Хидрид на Ризницата ^?
• Хидрид — Енциклопедија Британика (англиски)
• Хидриди — Голема руска енциклопедија (руски)