Войти
Вода, сероводород и селенид водорода, три простых халькогенида водорода Халькогениды водорода (также гидриды халькогенов или хальциды водорода) представляют собой бинарные соединения водорода с атомами халькогенов (элементы группы 16: кислород, сера, селен, теллур и полоний ). Вода, первое химическое соединение в этой серии, содержит один атом кислорода и два атома водорода и является наиболее распространенным соединением на поверхности Земли.
Самый важный ряд, включая воду, имеет химическую формулу H 2 X, где X обозначает любой халькоген. Следовательно, они трехатомны. Они принимают изогнутую структуру и являются полярными молекулами. Сегодня вода является важным компонентом жизни на Земле, покрывая 70,9% поверхности планеты. Другие халькогениды водорода обычно чрезвычайно токсичны и имеют сильный неприятный запах, как правило, напоминающий тухлые яйца или овощи. Сероводород является обычным продуктом разложения в среде с низким содержанием кислорода и, как таковой, является химическим веществом, ответственным за запах метеоризма. Это также вулканический газ. Несмотря на его токсичность, человеческий организм намеренно производит его в достаточно малых дозах для использования в качестве сигнальной молекулы.
Вода может растворять другие халькогениды водорода (по крайней мере, до теллурида водорода), образуя кислые растворы, известные как гидрохалькогенные кислоты. Хотя это более слабые кислоты, чем галогеноводородные кислоты, они следуют аналогичной тенденции увеличения силы кислоты с более тяжелыми халькогенами, а также образуются аналогичным образом (превращая воду в ион гидроксония H 3 O +, а растворенное вещество в ион XH -). Неизвестно, образует ли гидрид полония кислотный раствор в воде, как его более легкие гомологи, или ведет себя больше как гидрид металла (см. Также водородный астатид ).
| Сложный | В виде водного раствора | Химическая формула | Геометрия | p K a | модель |
|---|---|---|---|---|---|
| оксид водорода гидрид кислорода вода (оксидан) | воды | H 2 O |  | 13,995 |  |
| сероводород серогидрид (сульфан) | сероводородная кислота | H 2 S |  | 7.0 |  |
| селенид водорода гидрид селена (селан) | гидроселеновая кислота | H 2 Se |  | 3,89 |  |
| теллурид водорода гидрид теллура (теллан) | гидротеллуровая кислота | H 2 Te |  | 2,6 |  |
| полонид водорода гидрид полония (полан) | гидрополоновая кислота | H 2 Po | ? |  | |
| водород ливермориум гидрид ливермория (ливерморан) | гидроливерморная кислота | H 2 Ур. | ? |  |
Некоторые свойства халькогенидов водорода следующие:
| Имущество | H 2 O | H 2 S | H 2 Se | H 2 Te | H 2 Po |
|---|---|---|---|---|---|
| Точка плавления (° C) | 0,0 | -85,6 | −65,7 | −51 | −35,3 |
| Точка кипения (° C) | 100,0 | −60,3 | -41,3 | −4 | 36,1 |
| -285,9 | +20,1 | +73,0 | +99,6 | ? | |
| Угол связи (H – X – H) (газ) | 104,45 ° | 92,1 ° | 91 ° | 90 ° | 90,9 ° (прогноз) |
| Константа диссоциации (HX -, K 1) | 1,8 × 10 −16 | 1,3 × 10 −7 | 1,3 × 10 −4 | 2,3 × 10 −3 | ? |
| Константа диссоциации (X 2−, K 2) | 0 | 7,1 × 10 −15 | 1 × 10 −11 | 1,6 × 10 −11 | ? |
Сравнение температур кипения халькогенидов водорода и галогенидов водорода ; можно видеть, что фтороводород аналогичным образом проявляет аномальные эффекты из-за водородных связей. Аммиак тоже плохо себя ведет. Многие аномальные свойства воды по сравнению с остальными халькогенидами водорода могут быть приписаны значительной водородной связи между атомами водорода и кислорода. Некоторыми из этих свойств являются высокие температуры плавления и кипения (это жидкость при комнатной температуре), а также высокая диэлектрическая проницаемость и наблюдаемая ионная диссоциация. Водородная связь в воде также приводит к большим значениям теплоты и энтропии испарения, поверхностного натяжения и вязкости.
Другие халькогениды водорода являются высокотоксичными газами с неприятным запахом. Сероводород обычно встречается в природе, и его свойства по сравнению с водой показывают отсутствие каких-либо значительных водородных связей. Поскольку на STP они оба являются газами, водород можно просто сжечь в присутствии кислорода с образованием воды в сильно экзотермической реакции; такой тест можно использовать в химии для начинающих, чтобы проверить газы, образующиеся в результате реакции, поскольку водород будет гореть с треском. Вода, сероводород и селенид водорода могут быть получены путем нагревания составляющих их элементов вместе выше 350 ° C, но теллурид водорода и гидрид полония не могут быть получены этим методом из-за их термической нестабильности; теллурид водорода разлагается во влаге, на свету и при температуре выше 0 ° C. Гидрид полония нестабилен, и из-за высокой радиоактивности полония (приводящей к саморадиолизу при образовании), только следовые количества могут быть получены путем обработки разбавленной соляной кислоты магниевой фольгой, покрытой полонием. Его свойства несколько отличаются от остальных халькогенидов водорода, поскольку полоний является металлом, а другие халькогены - нет, и, следовательно, это соединение занимает промежуточное положение между нормальным халькогенидом водорода или галогенидом водорода, таким как хлористый водород, и гидридом металла, таким как станнан.. Как и вода, первая из группы, гидрид полония также является жидкостью при комнатной температуре. Однако, в отличие от воды, сильное межмолекулярное притяжение, вызывающее более высокую точку кипения, является ван-дер-ваальсовым взаимодействием, результатом больших электронных облаков полония.
Дихалькогениды дигидрогенов имеют химическую формулу H 2 X 2 и обычно менее стабильны, чем монохалькогениды, обычно разлагаясь на монохалькогенид и соответствующий халькоген.
Наиболее важным из них является перекись водорода H 2 O 2, бледно-голубая, почти бесцветная жидкость, которая имеет более низкую летучесть, чем вода, и более высокую плотность и вязкость. Он важен с химической точки зрения, так как он может окисляться или восстанавливаться в растворах с любым pH, может легко образовывать комплексы пероксометалла и комплексы пероксокислоты, а также подвергаться множеству протонных кислотно-основных реакций. В менее концентрированной форме перекись водорода широко используется в домашних условиях, например, в качестве дезинфицирующего средства или для обесцвечивания волос; гораздо более опасны гораздо более концентрированные растворы.
| Сложный | Химическая формула | Длина скрепления | Модель |
|---|---|---|---|
 |  | ||
 |  | ||
 | |||
 |
Некоторые свойства дихалькогенидов водорода следующие:
| Имущество | Н 2 О 2 | H 2 S 2 | H 2 Se 2 | H 2 Te 2 |
|---|---|---|---|---|
| Точка плавления (° C) | -0,43 | -89,6 | ? | ? |
| Точка кипения (° C) | 150.2 (разлагается) | 70,7 | ? | ? |
Альтернативный структурный изомер дихалькогенидов, в котором оба атома водорода связаны с одним и тем же атомом халькогена, который также связан с другим атомом халькогена, был исследован с помощью вычислений. Эти структуры H 2 X + –X - являются илидами. Эта изомерная форма перекиси водорода - оксивотер - экспериментально не синтезирована. Аналогичный изомер сероводорода тиосульфоксид был обнаружен с помощью масс-спектрометрических экспериментов.
Два разных атома халькогена могут совместно использовать дихалькогенид, как в тиопероксиде водорода (H 2 SO); более известные соединения аналогичного описания включают серную кислоту (H 2 SO 4).
Все халькогениды водорода с прямой цепью подчиняются формуле H 2 X n.
Более высокие полиоксиды водорода, чем H 2 O 2 не являются стабильными. Триоксидан с тремя атомами кислорода является временным нестабильным промежуточным продуктом в нескольких реакциях. Следующие два в серии кислорода, водорода осмия и водорода пятиокиси, также были синтезированы и признаны высокой реакционной способностью. Альтернативный структурный изомер триоксидана, в котором два атома водорода присоединены к центральному кислороду трехкислородной цепи, а не по одному на каждом конце, был исследован с помощью вычислений.
Помимо H 2 S и H 2 S 2, многие высшие полисульфаны H 2 S n ( n = 3–8) известны как стабильные соединения. Они имеют неразветвленные цепочки серы, что отражает склонность серы к образованию цепей. Начиная с H 2 S 2, все известные полисульфаны являются жидкостями при комнатной температуре. H 2 S 2 бесцветен, а остальные полисульфаны желтые; цвет становится богаче с увеличением n, как и плотность, вязкость и температура кипения. Таблица физических свойств приведена ниже.
| Сложный | Плотность при 20 ° C (г • см –3) | Давление пара (мм рт. Ст.) | Экстраполированная точка кипения (° C) |
|---|---|---|---|
| H 2 S | 1,363 (г • дм −3) | 1740 (кПа, 21 ° C) | -60 |
| H 2 S 2 | 1,334 | 87,7 | 70 |
| H 2 S 3 | 1,491 | 1.4 | 170 |
| H 2 S 4 | 1,582 | 0,035 | 240 |
| H 2 S 5 | 1,644 | 0,0012 | 285 |
| H 2 S 6 | 1,688 | ? | ? |
| H 2 S 7 | 1,721 | ? | ? |
| H 2 S 8 | 1,747 | ? | ? |
Однако они легко окисляются, и все они термически нестабильны, легко диспропорционируют до серы и сероводорода, реакции, в которой щелочь действует как катализатор:
Они также реагируют с сульфитом и цианидом с образованием тиосульфата и тиоцианата соответственно.
Альтернативный структурный изомер трисульфида, в котором два атома водорода присоединены к центральной сере цепи из трех серов, а не по одному на каждом конце, был исследован с помощью вычислений. Тиосерная кислота, разветвленный изомер тетрасульфида, в котором четвертая сера связана с центральной серой линейной трисульфидной структуры дигидрогена ((HS) 2 S + –S -), также была исследована с помощью вычислений. Тиосерная кислота, в которой два атома серы ответвляются от центра линейной структуры трисульфида дигидрата, также была изучена с помощью вычислений.
Могут существовать высшие гидриды полония.
Тяжелая вода Некоторые одноатомные халькогенидные соединения действительно существуют, а другие были изучены теоретически. Как радикальные соединения они довольно нестабильны. Двумя простейшими из них являются гидроксил (HO) и гидропероксил (HO 2). Также известен состав озонида водорода (HO 3), а также некоторые из его солей озонида щелочных металлов (различные MO 3). Соответствующим аналогом серы для гидроксила является сульфанил (HS) и HS 2 для гидропероксила.
HO - H 2 O 
H 3 O + Один или оба атома протия в воде могут быть замещены изотопом дейтерий, давая соответственно полутяжелую воду и тяжелую воду, причем последняя является одним из самых известных соединений дейтерия. Из-за большой разницы в плотности дейтерия и обычного протия тяжелая вода проявляет множество аномальных свойств. Радиоизотоп тритий также может образовывать меченую тритием воду почти таким же образом. Другой известный халькогенид дейтерия - дисульфид дейтерия. Теллурид дейтерия (D 2 Te) имеет немного более высокую термическую стабильность, чем теллурид протия, и был экспериментально использован для методов химического осаждения тонких пленок на основе теллурида.
Водород имеет много общих свойств с галогенами ; замена водорода галогенами может привести к образованию галогенидных соединений халькогена, таких как дифторид кислорода и монооксида дихлора, наряду с соединениями, которые могут быть невозможны с водородом, такими как диоксид хлора.
Одним из наиболее известных ионов халькогенида водорода является ион гидроксида и связанная с ним гидроксильная функциональная группа. Первый присутствует в гидроксидах щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, образующихся в результате реакции соответствующего металла с водой. Гидроксильная группа обычно встречается в органической химии, например, в спиртах. Родственная бисульфидная / сульфгидрильная группа появляется в гидросульфидных солях и тиолах соответственно.
Гидроксония (Н 3 О +) ион присутствует в водных кислых растворах, в том числе самих hydrochalcogenic кислот, а также чистой воды наряду с гидроксидом.
