Бинарные соединения водорода

Бинарные соединения водорода - это бинарные химические соединения, содержащие только h водород и еще один химический элемент. По соглашению все бинарные соединения водорода называют гидридами, даже если атом водорода в нем не является анионом. Эти водородные соединения можно разделить на несколько типов.

Содержание

• 1 Обзор
• 2 Периодическая таблица стабильных бинарных гидридов
• 3 Молекулярные гидриды
  • 3.1 Классические гидриды
  • 3.2 Неклассические ковалентные гидриды
• 4 Растворы водорода
• 5 Примечания
• 6 Ссылки

Обзор

Бинарные соединения водорода в группе 1 представляют собой ионные гидриды (также называемые гидридами солевого раствора), в которых водород связан электростатически. Поскольку водород расположен несколько в центре в электроотрицательном смысле, необходимо, чтобы противоион был исключительно электроположительным, чтобы гидрид можно было точно описать как действительно ведущий себя ионный. Следовательно, эта категория гидридов содержит всего несколько членов.

Гидриды в группе 2 представляют собой ковалентные полимерные гидриды. В них водород образует мостиковые ковалентные связи, обычно обладающие посредственной степенью ионного характера, что затрудняет точное определение их как ковалентных или ионных. Единственным исключением является гидрид бериллия, который обладает определенно ковалентными свойствами.

Гидриды в переходных металлах и лантаноидах также обычно представляют собой ковалентные полимерные гидриды. Однако обычно они обладают лишь слабой степенью ионного характера. Обычно эти гидриды быстро разлагаются на составляющие их элементы в условиях окружающей среды. Результаты состоят из металлических матриц с растворенным, часто стехиометрическим или близким к нему, содержанием водорода в диапазоне от незначительного до значительного. Такое твердое вещество можно рассматривать как твердый раствор, и его можно альтернативно назвать металлическим или межузельным гидридом. Эти разложившиеся твердые вещества можно идентифицировать по их способности проводить электричество и их магнитным свойствам (присутствие водорода связано с делокализацией валентных электронов металла) и их более низкой плотности по сравнению с металлом. Как солевые гидриды, так и полимерные ковалентные гидриды обычно сильно реагируют с водой и воздухом.

Можно получить гидрид металла, не требуя разложения в качестве необходимой стадии. Если образец объемного металла подвергается одной из многочисленных методик абсорбции водорода, такие характеристики, как блеск и твердость металла, часто в значительной степени сохраняются. Объемные гидриды актиноидов известны только в этой форме. Сродство к водороду для большинства элементов d-блока низкое. Следовательно, элементы в этом блоке не образуют гидридов (гидридный зазор ) при стандартной температуре и давлении, за заметным исключением палладия. Палладий может поглощать водород в 900 раз превышающий его собственный объем, и поэтому он активно исследуется в области хранение водорода.

Элементы из групп 13-17 (p-блок ) образуют ковалентную форму. гидриды (или гидриды неметаллов ). В группе 12 гидрид цинка является обычным химическим реагентом, но гидрид кадмия и гидрид ртути очень нестабильны и эзотеричны. В группе 13 гидриды бора существуют в виде высокореакционноспособного мономера BH 3, в качестве аддукта, например, аммиачного борана или в виде димера диборана и как целая группа кластерных соединений BH. Алан (AlH 3) представляет собой полимер. Галлий существует в виде димера дигаллана. Гидрид индия стабилен только при температуре ниже -90 ° C (-130 ° F). О последнем гидриде 13 группы, гидриде таллия.

известно немногое из-за общего количества возможных бинарных насыщенных соединений с углеродом типа C nH2n + 2 очень велико, поэтому имеется много гидридов группы 14. Спускаясь вниз по группе, количество бинарных кремний соединений (силанов ) невелико (линейные или разветвленные, но редко циклические), например дисилан и трисилан. Для германия только 5 бинарных соединений с линейной цепью известны как газы или летучие жидкости. Примерами являются н-пентагермана, изопентагермана и неопентагермана. Из олова известен только дистаннане. Plumbane - нестабильный газ.

галогениды водорода, халькогениды водорода и гидриды пниктогенов также образуют соединения с водородом, самые легкие члены которого проявляют множество аномальных свойств из-за водородная связь.

Неклассические гидриды - это гидриды, в которых дополнительные молекулы водорода координируются как лиганд на центральных атомах. Они очень нестабильны, но некоторые из них существуют.

Полигидриды или супергидриды представляют собой соединения, в которых количество атомов водорода превышает валентность объединяющего атома. Они могут быть стабильными только при экстремальном давлении, но могут быть высокотемпературными сверхпроводниками, такими как H 3 S, сверхпроводящими при температуре до 203 К. Полигидриды активно изучаются с надеждой на открытие a сверхпроводник при комнатной температуре.

Периодическая таблица стабильных бинарных гидридов

Относительная стабильность бинарных соединений и сплавов водорода при стандартной температуре и давлении может быть определена из их стандартная энтальпия образования значений.

Молекулярные гидриды

Выделение мономерных молекулярных гидридов обычно требует чрезвычайно мягких условий, таких как парциальное давление и cr йогенная температура. Причина этого три: во-первых, большинство молекулярных гидридов термодинамически нестабильны по отношению к разложению на свои элементы; во-вторых, многие молекулярные гидриды также термодинамически нестабильны по отношению к полимеризации; и, в-третьих, большинство молекулярных гидридов также кинетически нестабильно по отношению к этим типам реакций из-за низких энергетических барьеров активации.

Неустойчивость к разложению обычно объясняется слабым вкладом орбиталей более тяжелых элементов в молекулярные связывающие орбитали. Неустойчивость к полимеризации является следствием недостатка электронов мономеров по сравнению с полимерами. Релятивистские эффекты играют важную роль в определении энергетических уровней молекулярных орбиталей, образованных более тяжелыми элементами. Как следствие, эти молекулярные гидриды обычно менее электронодефицитны, чем ожидалось. Например, исходя только из его положения в 12-м столбце периодической таблицы, можно ожидать, что гидрид ртути (II) будет довольно дефицитным. Однако на самом деле он насыщен, причем мономерная форма гораздо более энергетически выгодна, чем любая олигомерная форма.

В таблице ниже показан мономерный гидрид для каждого элемента, который наиболее близок к его эвристической валентности, но не превышает его. Эвристическая валентность - это валентность элемента, который строго подчиняется правилам валентности октета, дуодектета и секстетета. Эвристическая валентность элементов может быть предотвращена различными стерическими и электронными эффектами. В случае хрома, например, стеариновая помеха гарантирует, что как октаэдрическая, так и тригонально-призматическая молекулярная геометрия для CrH. 6термодинамически нестабильны для перегруппировки в структурный изомер комплекса Кубаса.

Если возможно, энтальпия образования каждого мономера и энтальпия образования гидрида в его стандартном состоянии показаны (в скобках), чтобы дать приблизительное представление о том, какие мономеры имеют тенденцию к агрегации с более низкой энтальпией. состояния. Например, мономерный гидрид лития имеет энтальпию образования 139 кДж моль, тогда как твердый гидрид лития имеет энтальпию -91 кДж моль. Это означает, что для моля мономерного LiH энергетически выгодно агрегировать в ионное твердое вещество, в результате чего теряется 230 кДж. Агрегация может происходить как химическая ассоциация, такая как полимеризация, или она может происходить как электростатическая ассоциация, такая как образование водородных связей в воде.

Классические гидриды

Обозначения

Мономерный ковалентный		Олигомерный ковалентный
Полимерный ковалентный		Ионный
Полимерный делокализованный ковалентный
Неизвестная твердая структура		Не оценено

В эту таблицу включены термически нестабильные дигидрогенные комплексы для ради полноты картины. Как и в приведенной выше таблице, показаны только комплексы с наиболее полной валентностью, в отличие от наиболее стабильного комплекса.

Неклассические ковалентные гидриды

Молекулярный гидрид может быть способен связываться с молекулами водорода, действующими как лиганд. Комплексы называются неклассическими ковалентными гидридами. Эти комплексы содержат больше водорода, чем классические ковалентные гидриды, но стабильны только при очень низких температурах. Они могут быть изолированы в матрице инертного газа или в виде криогенного газа. Другие были предсказаны только с помощью вычислительной химии.

Водородные растворы

Водород имеет выделить y переменная растворимость в элементах. Когда непрерывная фаза раствора представляет собой металл, ее называют гидридом металла или гидридом внедрения из-за положения водорода в кристаллической структуре металла. В растворе водород может находиться как в атомарной, так и в молекулярной форме. Для некоторых элементов, когда содержание водорода превышает его растворимость, избыток выделяется в виде стехиометрического соединения. В таблице ниже показана растворимость водорода в каждом элементе в виде молярного отношения при 25 ° C (77 ° F) и 100 кПа.

Примечания

Ссылки