Hidrid

Из Википедије, слободне енциклопедије

Hidrid je naziv za negativni jon vodonika, H. Iako samo određeni broj elemenata gradi jedinjenja u kojima postoji hidridni jon, hidridima se nazivaju sva binarna jedinjenja vodonika sa većinom hemijskih elemenata, bez obzira na oblik u kojem se vodonik nalazi. Vodonik ne gradi binarna jedinjenja sa nekim prelaznim elementima i plemenitim gasovima.[1][2][3][4][5]

Hidridi se najčešće dele prema tipu hemijske veze i to na:

  • Jonske hidride,
  • Kovalentne hidride,
  • Metalne ili intersticijalne hidride, i
  • Intermedijarne hidride.

Hidridni jon[уреди]

Hidridni jon predstavlja najjednostavniji anjon, a sastoji se od dva elektrona i jednog protona. Kako vodonik ima relativno mali elektronski afinitet (72.77 kJ/mol), hidridni jon je izrazito bazan zbog čega ne postoji u vodenim rastvorima. Sa H+ jonima reaguje prema reakciji:

H + H+ → H2; ΔH = −1676 kJ/mol

Zbog izrazite egzotermnosti navedene reakcije, hidridni jon je u stanju da izdvoji H+ jon iz većine jedinjenja koja sadrže vodonik. Zbog male vrednosti elektronskog afiniteta vodonika i jačine H-H veze (∆HBE = 436 kJ/mol) hidridni jon je izrazito jako redukciono sredstvo:

H2 + 2e 2H; Eo = −2.25 V

Postojanje hidridnog jona je dokazano u kristalima hidrida alkalnih i težih zemnoalkalnih metala (Ca, Sr i Ba). Dokazi za postojanje H jona u ovim jedinjenjima su: neusmerenost hemijskih veza (odsustvo kovalentnog karaktera), električna provodljivost talina i izdvajanje vodonika na anodi prilikom elektrolize istih. Kako se većina ovih hidrida raspada pre tačke topljenja, oni se mogu elektrolizovati iz eutektičke smese LiCl/KCl.

Hidridni jon je prilično difuzan, zbog čega njegov radijus znatno zavisi od vrste katjona koji se nalazi u strukturi.

Jonski hidridi[уреди]

Jonski hidridi su jedinjenja u kojima postoji H jon. Binarne (opšte formule MH ili MH2, npr. LiH) jonske hidride grade alkalni i teži zemnoalkalni metali. Binarni hidridi alkalnih metala kristališu u strukturi NaCl-a, a hidridi zemnoalkalnih metala koji su jonskog tipa imaju ortorombičnu strukturu PbCl2. Dobijaju se direktnim reakcijama između metala i vodonika na relativno visokim temperaturama.

Bor, aluminijum i galijum grade kompleksne hidride opšte formule MIMIIHn (gde je MI alkalni metal, a MII = B, Al ili Ga) koji imaju veći udio kovalentne veze. Zbog izrazitog afiniteta prema H+ jonu, kao i dobre rastvorljivosti u eteru, ovi hidridi se koriste za redukciju organskih jedinjenja. Kompleksni hidridi se dobijaju reakcijom alkalnih hidrida sa vodonicima aluminijuma, bora i galijuma, i to u nevodenim rastvaračima:

4 LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3 LiCl

Redukcije organskih jedinjenja pomoću hidrida se izvode u aprotičnim rastvaračima kao što je etar. Ove reakcije se ne mogu izvesti u vodi i većini protičnih rastvarača zbog reakcije H jona sa protonom:

NaH + H2O → H2 (gas) + NaOH ΔH = −83.6 kJ/mol, ΔG = −109.0 kJ/mol

Kovalentni hidridi[уреди]

Kovalentni hidridi su jedinjenja vodonika sa p-elementima, sa izuzetkom plemenitih gasova, indijuma i talijuma. Veza u kovalentnim hidridima je manje ili više polarna, a vodonik posjeduje parcijalno pozitivno naelektrisanje. Izuzetak su hidridi bora u kojima vodonik ima parcijalno pozitivno naelektrisanje. U kovalentne hidride spadaju ugljovodici, borani, itd. Prema tipu veze, kovalentni hidridi se dele na:

  • hidride koji imaju normalnu kovalentnu vezu ostvarenu preko elektronskog para (hidridi 14.-17. grupe PSE),
  • hidride koji su elektron-deficitarni (kovalentni hidridi 13. grupe PSE)

Kovalentni hidridi imaju niske tačke topljenja i ključanja. Hidridi najelektronegativnijih elemenata podležu autojonizaciji kada su u tečnom stanju.

Dobivanje kovalentnih hidrida[уреди]

Metode koje se koriste za dobijanje kovalentnih hidrida zavise od njihove termodinamičke stabilnosti.

Hidridi najelektronegativnijih elemenata, kao što su H2O, HCl i NH3, se dobijaju direktnom reakcijom između elemenata. Entalpije nastajanja ovih hidrida su negativne.

Hidridi manje elektronegativnih elemenata se mogu dobiti reakcijama kisele hidrolize odgovarajućih soli, pirolizom viših hidrida, električnim pražnjenjem, delovanjem mikrotalasa, itd.

Elektron-deficitarni hidridi[уреди]

Elektron-deficitarni hidridi su hidridi u kojima postoje tzv. policentarske kovalentne veze. Policentarske veze su veze u kojima jedan elektronski par povezuje više od dva atoma. Ovakve veze su karakteristične za hidride bora.

Metalni ili intersticijalni hidridi[уреди]

Hidridi većine d-elemenata, lantanoida i aktinoida spadaju u metalne ili intersticijalne hidride. Elementi koji se nalaze u sredini d-bloka ne grade ovu vrstu hidrida (tzv. elementi "vodonikove praznine"). Osobine metalnih hidrida su slične osobinama metala iz kojeg su dobijeni - imaju sličnu tvrdoću, metalni sjaj, električnu provodljivost i magnetske osobine. Gustoće metalnih hidrida su manje od gustina polaznih metala jer su atomi vodonika, smješteni u šupljinama (intersticijama) gusto pakovanih atoma metalne rešetke, izazivaju njenu ekspanziju. Najčešće su nestehiometrijskog sastava i zapravo predstavljaju čvrste rastvore kao npr. LaH2,87, TiH1,8, VH1,6, PdH0,7, itd.

Metalni hidridi se dobijaju relativno blagim zagrevanjem metala u struji vodonika pri visokim pritiscima. Reakcione temperature nisu visoke jer su metalni hidridi termički nestabilni.

Jedan od najinteresantnijih metalnih hidrida je paladijum hidrid, PdH0,7, koji nastaje hlađenjem paladijuma u vodoniku. Paladijum ima mogućnost da apsorbuje 935 puta veću zapreminu vodonika od vlastite. Zagrevanjem PdH0,7 dolazi do oslobađanja vodonika, pri čemu je oslobođena količina nezavisna od hemijskog sastava hidrida, a proporcionalna je pritisku i temperaturi. Sistem Pd/H2 se koristi za pročišćavanje vodonika, a izučava se kao potencijalni rezervoar sa sigurno čuvanje vodonika u vozilima na gorivne ćelije.

Intermedijerni hidridi[уреди]

Određeni broj elemenata gradi hidride koji se ne mogu svrstati ni u jednu od navedenih klasa, iako su najsličniji kovalentnim hidridima. U ovu klasu spadaju hidridi lakših zemnoalkalnih metala; (BeH)n se javlja kao lančani polimer, a MgH2 ima strukturu rutila i po svojim osobinama leži između jonskih i kovalentnih hidrida. U ovu klasu spadaju i hidridi metala 12. grupe PSE - ZnH2 i CdH2 - kao i bakar(I) hidrid, CuH.

Nomenklatura[уреди]

Jonski hidridi (koji sadrže H- jon) se imenuje kao "metal hidrid", npr. natrijum hidrid, stroncijum hidrid, itd.

Hidridi elektropozitivnijih p-elemenata se imenuju dodavanjem sufiksa -an, npr. bor-boran, galijum-galan, olovo-plumban, itd. „AlH“3 se može imenovati kao aluminijum hidrid ili aluman. Hidridi ugljenika su alkani, alkeni i alkini. Neki hidridi p-elemenata imaju trivijalna imena, kao npr. amonijak (prema IUPAC-u azan), fosfin (fosfan), arsin (arsan), itd.

Jedinjenja vodonika sa elektronegativnijim p-elementima se mogu smatrati hidridima, ali se imenuju kao "vodonikova jedinjenja":

Protid, deuterid i tritid su nazivi za jone ili jedinjenja koji sadrže izotope vodonika protijum, deuterijum i tricijum.

Literatura[уреди]

  1. ^ Kahrović, E., Anorganska hemija, Univerzitetska knjiga, Sarajevo, 2005
  2. ^ Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
  3. ^ Concise Inorganic Chemistry J.D. Lee
  4. ^ Main Group Chemistry, 2nd Edition A.G. Massey
  5. ^ Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): Royal Society of Chemistry – International Union of Pure and Applied Chemistry. ISBN 0-85404-438-8. Electronic version.

Vidi još[уреди]