Гідриди - малюнок

Гідриди — властивості, формули, застосування



Сполуки водню з іншими елементами, в яких він виступає як більш електронегативний елемент, називають гідридами. Але часто так називають будь-які хімічні речовини, утворені воднем з іншими елементами.

Водень – це не рідкісний елемент. Речовини, утворені його взаємодією з іншими елементами, в природі зустрічаються часто. Людина має з ними справу постійно. Найпопулярніша речовина з воднем – H2O, вода, або гідрид кисню.

Гідрид натрію NaH
Гідрид натрію NaH

Типи і класифікація

Речовини, утворені воднем з металами і неметалами багатогранні. Залежно від характеру отриманого з’єднання виділяють:

  • Прості гідриди – бінарні, в них тільки 2 елементи, вони зустрічаються найчастіше.
  • З багатьма перехідними металами (елементи p-підгрупи) водень утворює комплексні сполуки. Комплексні гідриди металів (наприклад, боро- або алюмогідриди) замість атома водню, мають алюмогрупу (AlH4) або борогрупу (BH4). З них натрійборогідрид Na(BH4) і літійалюмогідрид Li (AlH4), будучи сильними відновниками, знайшли застосування в лабораторній практиці. Крім цього, Na(BH4) використовують для відбілювання паперу.
  • І також є гідриди інтерметалідів (приклад: TiAl або Ti3Al, алюмінід титану), в кристалічних ґратках яких водень просто розчиняється, акумулюється.

У різних хімічних елементів будова атомів і молекул відрізняється. Відповідно, зв’язки в утворених гідридах теж неоднакові.

Класифікація за видом зв’язку визначає отримані речовини, як:

  • металоподібні;
  • іонні (солеподібні);
  • ковалентні.

Бінарні з’єднання найпоширеніші та є у всіх елементів. Винятки тут складають метали платинової групи (платиноїди), Au, Ag, Hg, Ti, Cd, In, а також благородні гази. Між цими речовинами немає чітко виражених меж, розподіл за характером зв’язку для них умовний.

Гідрид титану TiH2
Гідрид титану TiH2

Металеві гідриди

До металевих гідридів відносяться з’єднання водню з перехідними металами і рідкоземельними елементами. Це, скоріше, розчин неметалу в металі, з впровадженням атомів в кристалічну ґратку.

Для них характерні наступні властивості:

  • В основному такі гідриди є бертоллідами, склад їх залежить від способу отримання, непостійний, законам постійних і кратних відносин не підкоряється.
  • У формулах для них вказують граничний вміст водню.
  • На відміну від інших, вони зберігають вихідну металеву ґратку.
  • Їх вид і фізичні властивості відповідають металам, з якими вони утворені.
  • Мають характерний металевий блиск, взаємодіють з H2O (в рідкому або газоподібному стані), киснем, при нормальних умовах, але повільно.
  • Як і метали, володіють значною теплопровідністю і провідністю.
  • При нагріванні розпадаються на водень і вихідний метал.

Від металоподібних, через гідриди міді (CuH, воднева мідь), цинку, ZnH2, водневий цинк і їм подібних, здійснюється перехід до полімерів.

Це хімічні речовини зі складною структурою, в якій присутні ланцюги і поліедри. Тверді, стійкі, з кристалічною будовою (полімерні гідриди легких металів стабільніше всього), дані сполуки розпадаються при нагріванні на складові елементи.

Від них, через гідриди бору і галію — до водневих сполук з неметалами. У них водень має ступінь окислення +1.

Солеподібні бінарні сполоки

Сполуки гідридів з іонним типом зв’язку

Їх утворює водень з металами 1A і 2A груп, крім Mg, а також з Al. Вони частково показують властивості відповідних галогенідів, звідки і з’явилося друге найменування – солеподібні.

Це хімічні сполуки, такі як гідрид натрію (NaH), кальцію (CaH2), літію з формулою LiH, інші.

Для них характерно:

  • Отримують при високій температурі і під тиском.
  • У цих сполуках, що виявляють, як правило, лужні властивості, у водню ступінь окислення -1. З металами 1A і 2A груп, такими, як Na, Li, Be, K, Rb, Sr він виступає окислювачем, подібно галогенам. Наприклад, гідрид натрію, з хімічною формулою NaH – в цій сполуці іон водню має негативний заряд.
  • Це кристалічні речовини білого кольору, з іонною ґраткою, структура подібна будові відповідного галогеніду.
  • При нормальних умовах стійкі.
  • Розпад на метал і водень при нагріванні, минаючи етап плавлення (винятком є LiH, його температура плавлення 688 градусів Цельсія).
  • У розплаві – хороші провідники, при цьому на аноді буде виділятися H2.
  • Спалахують при розтиранні на повітрі.
  • Всі є сильними відновниками. Застосовуються для отримання чистих металів з солей і оксидів, для видалення окалини, корозії.
  • Реагують з оксидом вуглецю, формують солі мурашиної кислоти (форміати).
  • Як і солі, можуть брати участь в обмінних реакціях, гідролізі.

Солеподібними бувають не тільки бінарні (прості) з’єднання водню. Дигідриди, утворені додаванням груп бору (BH4) або алюмінію (AlH4) до металу, також мають іонний тип зв’язку.

Окислювальна активність водню невелика в порівнянні з галогенами. Додатковий електрон він насилу віддає при нагріванні (реакція проходить з поглинанням тепла). Це і обумовлює відмінність між властивостями іонних гідридів і галогенідів.

За хімічною природою такі сполуки поводяться як основні. Іонні гідриди мають високу хімічну активність. Вони бурхливо реагують з киснем і H2O в пароподібному стані.

Але виражений іонний характер – це властивість, що виявляється сполуками кальцію, натрію, лужних і лужноземельних елементів. На них найпростіше і наочніше можна показати хімію взаємодій цих речовин:

  • З водою: 2NaH + H2O = 2NaOH + H2O.
  • З киснем: NaH + O2 = NaO + H2O.
  • Реакція розкладання: CaH2 = Ca + H2.
  • З оксидами вуглецю: NaH + CO2 = NaCOOH.
  • Кремнію: 4NaH + 3SiO2 = 2Na2SiO3 + Si + 2H2.
  • Металів: 4NaH + Fe3O4 = 4NaOH + 3FE.
  • Відновлення: 2NaH + 2SO2 = Na2SO4 + H2S.
  • З аміаком: NaH + NH3 = NaNH2 + H2.
  • З кислотами: 2NaH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2.
  • Зі спиртами: KH + HO-R = KOR + H2.

За властивостями і природою зв’язку проміжне положення між іонними і ковалентними займає гідрид магнію, з формулою MgH2.

Солі і оксиди калію, кальцію, міді та інших лужних і лужноземельних металів утворюють з гідридом кисню (водою) ще один вид сполук — дигідрати. Це солі сульфатної кислоти (сульфати), галогеніди, оксиди плюс 2 приєднані молекули H2O. Формула алебастру — Ca5O4 плюс 2H2O, гіпс — CaSO4 плюс 2H2O, в природі вони не рідкість.

Гідросульфід натрію, NaHS, утворює не тільки дигідрат, NaHS плюс 2H2O, але і тригідрат, з приєднанням 3H2O.

Гідрид магнію - характеристика

Ковалентний зв’язок гідридів

Це сполуки, в яких ступінь окислення водню +1, Як правило – це гази, летючі рідини. Їх водень взаємодіє з неметалами, а також з германієм, алюмінієм, берилієм, оловом, миш’яком, сурмою — елементами 4, 5, 6 і 7 груп періодичної системи. І також ковалентний зв’язок мають з’єднання водню і бору.

Це можуть бути речовини прості, бінарні, такі як метан (CH4), силан (формула SiH4). Складні теж є, з довгими ланцюгами, багатоатомні молекули — вони утворюються воднем з кремнієм, бором, германієм.

Більшість з гідридів нестійкі, так гідрид олова (SnH4) розпадається вже при кімнатній температурі, а гідрид свинцю недовго існує і при негативних температурах. Найпростіший гідрид бору не існує в природних умовах взагалі.

Відмінні властивості:

  • Всі гідриди сильні відновники, ступінь окислення водню +1.
  • Виявляють кислотні, а також амфотерні властивості.
  • Агрегатний стан – газ або летюча рідина, виключення – це гідрид кисню (вода), азоту, фтороводень (плавикова кислота), а також ті, в яких молекули полярні і в яких виникає водневий зв’язок. Останні існують, як нелетюча рідина або в твердому стані.
  • Електронодефіцитні види, одержувані з елементами головної підгрупи 3 групи, наприклад, гідрид алюмінію AlH3 або берилію, хімічна формула BeH2, дуже активні і утворюють багатоатомні, довгі полімерні ланцюги, з великою вагою. Такі полімери – це тверді речовини.
  • При нагріванні легко і практично незворотно, розкладаються на елемент і водень H2. Потрібна температура від 100 до 300 градусів за Цельсієм (для гідриду сірки H2S — близько 400 градусів).
  • Найчастіше вони мають високу токсичність.
  • Характерна висока хімічна активність, реакційна здатність.
  • Отримати можна безпосередньою взаємодією елементів, розкладанням металевих з’єднань водою, кислотою, відновленням галогенідів гідридами бору, алюмінію, лужних металів.
  • Вищі гідриди германію, кремнію, із загальною хімічною формулою EnH2n+2 – це полімери, їх стабільність тим нижче, чим більше атомна вага і кількість атомів елемента.
  • Гідриди, що належать до S-підгрупи добре розчиняються у воді і проявляють кислотні властивості. Інші – в незначній мірі, властивості у них основні. Всі добре розчинні в неполярних органічних розчинниках.
  • При взаємодії з водою (H2O), виділяється чистий водень (H2) і оксид, із загальною хімічною формулою EO2.

Важкі елементи дають з’єднання з невеликою стійкістю.

За рахунок водневих зв’язків і здатності до донорно-акцепторної взаємодії, вода (H2O), плавикова кислота (HF), аміак (NH3) і частково HCl і H2S, хороші розчинники.

Гідрид алюмінію - характеристика

Інтерметалічні сполуки (інтерметаліди)

Хімічні речовини, утворені двома або більше металами, такі як FeTi, Ca2Ru, Mg2Ni – це інтерметалічні сполуки. Вони добре поглинають водень і, з’єднуючись з ним, утворюють гідриди-інтерметаліди.

Інтерметаліди містять атоми заліза, магнію, міді, кальцію, титану, алюмінію, рідкоземельні елементи. Їх легко отримати навіть з H2 нехімічним способом(для технічних потреб, до 2% домішок). Застосовують для зберігання водню і акумуляторних батарей.

У гідридів багато областей застосування. Особливо широко використовують NaH.

З його допомогою:

  • видаляють термічну окалину з металів;
  • виробляють добавки, що підвищують октанове число бензину, каталізатори полімеризації;
  • він необхідний при виробництві барвників, миючих засобів;
  • в якості потужного відновника застосовується в металургії.

В органічній хімії комплексні водневі сполуки застосовують вже більше 50 років для отримання особливо чистих хімічних елементів. У хімії алкалоїдів також широко використовують комплексні гідриди металів. Без них не обходиться виробництво металокераміки, дегазаторів, багатьох фармакологічних засобів.

Азот з воднем утворює аміак, кисень — воду, сірка дає сірководень, в природі постійно йде синтез подібних речовин.

Зі світом хімії людина перетинається постійно. Тому знання про найбільш поширені речовини принесуть користь кожному.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *