Hidrură

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune privind sărurile și ionii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Particula ionică cunoscută sub numele de hidrură este anionul hidrogen , H - . De asemenea, este folosit ca un termen mai general pentru a descrie unii compuși de hidrogen cu alte elemente , în special cei din grupele 1-16, în cazul în care (sau nu) conțin de fapt ioni hidrură. Termenii protidă , deuteridă și tritiu sunt folosiți în mod similar pentru a descrie ioni sau compuși ionici care conțin izotopi de hidrogen îmbogățit cu neutroni, cum ar fi unchiul mare , deuteriul sau respectiv tritiul .

Tipuri de compuși

Hidrurile sunt compuși binari compuși dintr-un metal sau nemetal (care nu aparține grupului halogen) și hidrogen , unde își asumă numărul de oxidare -1 sau +1, în funcție de elementul cu care se găsește.

Sunt baze foarte puternice și agenți reducători la fel de puternici.

Varietatea compușilor formați de hidrogen este vastă, se crede mai mare decât cea a oricărui alt element. Practic fiecare element al tabelului periodic (cu o anumită dificultate, chiar și cu gaze nobile ) formează unul sau mai multe tipuri de hidruri. Hidrurile pot fi clasificate în trei categorii principale pe baza naturii predominante a legăturii lor:

  • Hidruri ionice, cunoscute și sub numele de hidruri de sare;
  • Hidruri covalente;
  • Hidrurile interstițiale, care pot fi descrise ca formând o legătură metalică , deoarece leagă electronul suplimentar de norul de electroni al masei metalice.

Reactivitate

Multe dintre ele reacționează imediat cu apă (sau cu urme de umiditate conținute în aer) pentru a se descompune în hidrogen gazos și hidroxidul corespunzător.

NaH + H 2 O → NaOH + H 2 ↑

Unele hidruri sunt stabile și reacționează lent cu apa la temperatura camerei; acest lucru le face utile ca agenți reducători în sinteza compușilor organici , de exemplu în reducerea aldehidelor și cetonelor la alcooli

R-CHO + NaBH 4 → R-CH 2 -OH

Ionul hidrură

Ionul hidrură este cel mai simplu anion existent și constă din doi electroni și un proton . Hidrogenul are o afinitate relativ mică a electronilor , 72,77 kJ / mol, comportamentul chimic al ionului hidrură se exprimă în principal în producția extrem de exotermă de hidrogen molecular:

H - + H + → H 2 Δ H = −1675 kJ / mol

Ca urmare, ionul hidrură este una dintre cele mai puternice baze cunoscute, capabil să extragă ioni H + din aproape toți ceilalți compuși care conțin hidrogen (inclusiv amoniac lichid), cu excepția alcanilor . Ionul hidrură nu este cunoscut în soluție, deoarece este capabil să reacționeze cu practic orice solvent:

NaH + H 2 O → H 2 + NaOH Δ H = −83,6 kJ / mol, Δ G = −109,0 kJ / mol

Alcanii, teoretic singurii solvenți inerți la rezistența de bază a ionului hidrură, nu sunt suficient de polari pentru a dizolva hidrurile ionice.

Afinitatea electronică scăzută a hidrogenului și puterea legăturii H - H (436 kJ / mol) înseamnă că ionul hidrură este, de asemenea, un puternic agent reducător:

H 2 + 2e - ⇌ 2H - E o = −2,25 V

Numai metalele alcaline și metalele alcalino-pământoase pot reduce hidrogenul molecular în hidrură.

Tipuri de hidruri

Hidruri ionice

În hidrurile ionice, hidrogenul se comportă ca un halogen și scoate un electron dintr-un metal formând un ion hidrură ( H - ), obținând astfel configurația electronică stabilă a heliului sau umplând orbitalul s. Celălalt element este un metal mai electropozitiv decât hidrogenul, aparținând de obicei metalelor alcaline sau metalelor alcalino-pământoase . Hidrurile sunt numite binare dacă implică doar două elemente, inclusiv hidrogen. Cele Formulele chimice ale hidrurile ionice binare pot fi de tipul MH (ca pentru Li H) sau MH 2 (ca pentru Mg H2). Hidrurile de galiu , indiu , taliu și lantanide sunt, de asemenea, ionice.

Structurile lor sunt pur cristaline .

Acestea sunt obținute prin reacția elementului cu hidrogen gazos și sub presiune, dacă este necesar.

Hidrurile ionice sunt utilizate în mod normal ca agenți reducători în chimia sintetică, dar sunt baze prea puternice și reactive pentru a fi utilizate în formă pură. Hidrurile mai puțin reactive sunt mai frecvent utilizate mai ales dacă reacția poate avea loc în apă sau solvenți organici. Reducerea cu borohidrură de sodiu (NaBH4) poate fi realizată în apă. Dacă se folosește o hidrură reactivă, reducerea se realizează într-un mediu care dizolvă ușor ionul hidrură fără descompunere, de exemplu în amoniac lichid. Hidrurile binare pure nu sunt adesea utilizate încă în aceste criterii. Hidrura de litiu este redusă într-o reacție cu clorura de aluminiu pentru a forma tetrahidroaluminat de litiu (adesea abreviat ca LAH ).

4 LiH + AlCl 3 → LiAlH 4 + 3 LiCl

Aceeași apă nu poate fi utilizată ca mediu pentru hidruri ionice pure sau pentru LAH, deoarece ionul hidrură este o bază mai puternică decât hidroxidul . Hidrogenul gazos este eliberat dacă hidrura este scufundată. Eliberarea este o reacție tipic acido-bazică.

H - + H 2 O → H 2 (gaz) + OH -

Hidruri covalente

După cum sugerează și numele, hidrogenul este legat covalent de elemente cu orbital p mai electropozitiv ( bor , aluminiu și grupul 4-7) și de beriliu . Hidrogenul nu formează compuși ionici adevărați precum metalele în condiții normale. Compușii obișnuiți, cum ar fi hidrocarburile , amoniacul și hidrazina, pot fi considerați hidruri de carbon și azot, dar termenul este utilizat doar pentru a clasifica în mod colectiv toți compușii hidrogen ai unui element. Nomenclatura hidrurilor nu este suficientă pentru a oferi un nume unic pentru fiecare hidrocarbură . Alegerea nomenclaturii, ca și pentru hidrurile metalice sau în paralel cu alcanul , alchena și alchina , depinde mai ales de perspectiva savantului.

Hidrurile covalente se comportă ca molecule cu forțe londoneze slabe și, prin urmare, sunt volatile la temperatura camerei și la presiunea atmosferică . Hidrurile de aluminiu și beriliu , pe de altă parte, sunt polimerice .

Proprietățile hidrurilor covalente variază individual.

Hidruri interstițiale ale metalelor de tranziție

Legăturile lor în natură variază foarte mult de la element la element și se schimbă în funcție de criterii externe, cum ar fi temperatura , presiunea și curentul electric . Hidrurile titanului și ale elementelor din grupa 11 sunt polimerice .

Alte hidruri ale metalelor de tranziție sunt de natură interstițială. În ele, moleculele de hidrogen se disociază și atomii de hidrogen se dispun în spațiile octaedrice sau tetraedrice ale rețelei cristaline a metalului numit situl interstițial . Hidrurile interstițiale au adesea o natură non- stoichiometrică . Atomii de hidrogen prinși în rețea pot migra prin el, reacționând cu impurități și agravând proprietățile materialului. În ingineria materialelor, aceasta este cunoscută sub denumirea de fragilitate cu hidrogen .

De exemplu, hidrura de paladiu nu este considerat un compus, deși aceasta face uneori Pd2 H. Unitatea dihidrogenfosfat (H2) pot apărea în rețeaua de paladiu. Paladiu adsorbe până la 900 de ori volumul său de hidrogen la temperatura camerei și, prin urmare, s-a crezut cândva că îl folosește ca mijloc de transport al hidrogenului pentru pilele de combustibil ale vehiculelor. Hidrogenul gazos este eliberat proporțional cu temperatura și presiunea aplicate, dar nu cu compoziția chimică.

Hidrurile interstițiale prezintă un potențial bun ca mediu de stocare a hidrogenului. În ultimii 25 de ani, s-au dezvoltat multe hidruri interstițiale care la temperatura camerei și presiunea atmosferică absorb hidrogenul și apoi îl eliberează rapid. Ele sunt formate de obicei din compuși intermetalici și aliaje cu soluție solidă. Cu toate acestea, aplicațiile lor sunt încă limitate, deoarece sunt capabile să stocheze doar 2% din greutate hidrogen, ceea ce nu este suficient pentru aplicații rentabile.

Aplicații

Se utilizează pentru rezervoarele de hidrogen

Hidrurile metalice precum sodiul și aluminiul sunt studiate pentru a stoca hidrogenul în mașinile electrice alimentate de acesta și, în general, ca depozite de hidrogen, deoarece se comportă ca „bureți” [1] capabili, de exemplu, să stocheze suficient hidrogen pentru a asigura o gamă de aproximativ 500 km pentru mașinile alimentate cu pile de combustie .

Utilizare în chimie

Hidrurile au utilizări importante în chimia organică, deoarece reprezintă o clasă puternică de agenți reducători .

Utilizarea hidrurilor chirale, cum ar fi litiu sau potasiu tri-sec-butilborohidrură, permite efectuarea de reduceri stereoselective al căror produs nu este un racem , dar este îmbogățit cu unul dintre cei doi enantiomeri .

Superconductivitate

Din 2015, compușii hidruri au fost descoperiți cu proprietăți supraconductoare la temperaturi apropiate de temperatura camerei, dar sub presiuni enorme, cum ar fi H 3 S (format prin descompunerea H 2 S la presiuni ridicate), cu o temperatură critică de -70 ° C la 90 GPa [2] și LaH 10 , cu o temperatură critică de -23 ° C la 200 GPa. [3] [4]

În 2020, o hidrură de carbon-sulf a atins o temperatură critică de 15 ° C la o presiune de 267 GPa. [5]

Nomenclatură

Nomenclatura IUPAC consideră „hidruri” nu numai compușii în care hidrogenul are numărul de oxidare -1, ci toți compușii binari ai hidrogenului. [6]

Mai jos este o listă cu nomenclatura principală a grupurilor de hidruri conform IUPAC:

la care se adaugă compușii binari dintre hidrogen și nemetale, „hidruri” prin convenție de nomenclatură, dar nu în sens chimic

Notă

  1. ^ (EN) Wojciech Grochala și Peter P. Edwards, Descompunerea termică a hidrurilor non-interstițiale pentru producția și stocarea hidrogenului în reviste chimice, vol. 104, nr. 3, 1 martie 2004, pp. 1283–1316, DOI : 10.1021 / cr030691s . Adus la 17 august 2021 .
  2. ^ (EN) AP Drozdov, MI Eremets și IA Troyan, Superconductivitate convențională la 203 kelvin la presiuni ridicate în sistemul de hidrură de sulf , în Nature, vol. 525, n. 7567, 2015-09, pp. 73-76, DOI : 10.1038 / nature14964 . Adus pe 27 ianuarie 2021 .
  3. ^ (EN) AP Drozdov, PP Kong și VS Minkov, Superconductivitate la 250 K în hidrură de lantan sub presiuni ridicate , în Nature, vol. 569, nr. 7757, 2019-05, pp. 528-531, DOI : 10.1038 / s41586-019-1201-8 . Adus pe 27 ianuarie 2021 .
  4. ^ (EN) Maddury Somayazulu, Muhtar Ahart și Ajay K. Mishra, Evidence for Superconductivity above 260 K in Lanthanum Superhydride at megabar Pressions , in Physical Review Letters, vol. 122, nr. 2, 14 ianuarie 2019, p. 027001, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.027001 . Adus pe 27 ianuarie 2021 .
  5. ^ (EN) Elliot Snider, Nathan Dasenbrock-Gammon și Raymond McBride, Superconductivitatea la temperatura camerei într-o hidrură de sulf carbonată , în Nature, vol. 586, nr. 7829, 2020-10, pp. 373-377, DOI : 10.1038 / s41586-020-2801-z . Adus pe 27 ianuarie 2021 .
  6. ^ Nomenclatura chimiei anorganice Recomandările IUPAC 2005 (Cartea roșie) Par. IR-6 - Text integral (PDF)

linkuri externe

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Idruro&oldid=122498538 ”