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氫化物是一類氫的化合物。嚴格意義上講,氫化物只包含氫同金屬相互結合的化合物,但由於概念的擴大,有時它也包含水、氨和碳氫化合物等物質。
氫化物 | |
---|---|
識別 | |
CAS號 | 12184-88-2(H− ) |
性質 | |
化學式 | H− |
摩爾質量 | 1.008 g·mol⁻¹ |
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
氫化物基本上可按以下標準分類:
氫負離子 H−,由兩個電子及一個質子組成,是已知除電子鹽外最小的陰離子。氫負離子不能在水溶液中存在,是已知的最強鹼之一,這可通過以下生成反應看出:
負氫是非常強的還原劑:
已知自由氫負離子的有效半徑為208pm。這個數據與其他數據比較時,特別是與He原子的93pm,H原子的50pm,Cl−的結晶半徑181pm,H的共價半徑30pm,及類鹽氫化物中H−的半徑(134-154pm)相比是有趣的。這個反常大的半徑可以用H−的核電荷較小,電子彼此排斥和對核引力的屏蔽效應來解釋。[1]
由於H−離子的生成熱為正值,因此只有電正性大的元素才能與氫形成離子型氫化物。這類化合物在熔融電解時陽極產生氫氣,可證明其離子性。
這類化合物中H−的結晶半徑介於F−和Cl−之間,因此某種氫化物的晶格能與相應的氟化物及氯化物相近。但是氫化物的生成熱相對於鹵化物卻非常低,例如鹼金屬鹵化物的生成熱大約為420kJ/mol,而氫化鈉的生成熱只有56.6kJ/mol,氫化鋰也不過91.0kJ/mol。[1]
所有的離子型氫化物都可通過金屬直接與氫氣化合製備,反應溫度為300-700°C。為了避免反應在金屬表面生成的氫化物阻止進一步的反應,常用金屬在礦物油中的分散質,或者加入表面活性劑。但加入表面活性劑的同時也降低了純度。[2]
離子型氫化物都是無色或白色晶體,常因含有金屬雜質而發灰,金屬過量則呈藍紫色。這類化合物的反應性從鋰到銫、從鈣到鋇依次增大,遇氧化劑(包括水)會強烈反應,操作時必須注意。它們對空氣和水是不穩定的,有些甚至會發生自燃。曾經有人將一份K3AlH6樣品放在手套箱中放置了一段時間,後來用藥匙觸碰了一下樣品,立即發生了爆炸。[2] 一般認為這類爆炸的發生與氫化物表面略受氧化後生成的超氧化物有關。觸碰超氧化物時其與氫化物相接觸,發生劇烈反應便引發了爆炸,KH、RbH、CsH也有發生類似爆炸的危險。
共價氫化物是非金屬(稀有氣體除外)、類金屬及一些電正性不大的金屬元素與氫形成的化合物。單核的共價氫化物都可寫成 MH8-x(x為M的價電子數)的形式,有些元素還可形成雙核及多核的氫化物,如N2H4、B2H6、C2H6、H2O2等,其中以碳形成的氫化物最多。
共價氫化物中的氫可被一些有機基團替代,生成相應的衍生物,例如DIBAL(二異丁基氫化鋁)中含有氫橋連接的鋁原子,被用於有機合成。
許多過渡金屬或合金與氫加熱時能形成過渡金屬氫化物。絕大多數過渡金屬氫化物為整比化合物(鈀除外)。過去曾認為它們是氫在金屬中的固溶體,或氫間充在晶格空隙中形成的化合物,但現在已弄清楚它們都有很明確的物相,結構完全不同於母體金屬的結構。[2] 很多過渡金屬氫化物很活潑,與水劇烈反應,甚至在空氣可以自燃。
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