Hidridai (vandenilio junginiai): tipai, savybės ir pavyzdžiai

Hidridai (vandenilio junginiai): sužinokite apie joninius, metalinius ir kovalentinius hidridus, jų savybes, reaktyvumą, panaudojimą ir pavyzdžius – vanduo, amoniakas, angliavandeniliai.

Hidridas – tai cheminis junginys, kuriame vandenilis susijungęs su kitu atomu arba jonais. Dauguma elementų iš periodinės elementų lentelės gali sudaryti hidridus; išimtis yra tik kelios tauriosios dujos, kurios dažniausiai yra neveiklios ir nesudaro pastovių hidridų. Hidridų savybės labai priklauso nuo jungties pobūdžio: kai kurių hidridų elgesys panašus vienas į kitą, kitiems būdingi labai skirtingi fizikiniai ir cheminiai bruožai.

Hidridų klasifikacija pagal ryšį

Pagal cheminio ryšio pobūdį hidridai skirstomi į tris pagrindines grupes:

• Joniniai (metalų) hidridai: susidaro, kai vandenilis egzistuoja kaip hydrido jonas (H−), o junginio struktūra primena druskas. Dauguma šarminių metalų ir šarminių žemių metalų sudaro šio tipo hidridus. Tokie junginiai paprastai yra kieti, turi aukštą lydimosios temperatūrą ir reaktyvūs su vandeniu (reakcijos metu išsiskiria vandenilis).
• Metaliniai arba tarpiniai (intersticiniai) hidridai: būdingi pereinamiesiems metalams. Vandenilio atomai arba jonai užima tarpines vietas metalo atomų gardelėje, todėl medžiagos išlaiko metalines savybes, pavyzdžiui, gerą elektrinį ir šiluminį laidumą. Dažniausiai susidaro iš metalų iš 3–5 periodinės lentelės grupių. Kai kurie intersticiniai hidridai yra naudojami kaip vandenilio sulaikymo arba akumuliatorių medžiagos (pvz., nikelio metalhidridų akumuliatoriuje).
• Kovalentiniai hidridai: sudaro covalentinius ryšius tarp vandenilio ir vadinamojo kito elemento (dažniausiai p bloko elementų). Tokie hidridai dažnai yra molekuliniai junginiai — dauguma yra dujos arba lakiųjų skysčių, o kai kurie būna nestabilūs ore arba reaguoja su vandeniu ar kaitinami. Pavyzdžiai: angliavandeniliai (anglies hidridai), amoniakas (azoto hidridas), vanduo (deguonies hidridas).

Fizikinės ir cheminės savybės

• Fazė ir stabilumas: joniniai hidridai paprastai kieti; kovalentiniai hidridai dažnai būna dujos arba lakiųjų medžiagos; metaliniai hidridai gali būti kietos medžiagos, turinčios metalinį blizgesį ir laidumą.
• Reaktyvumas su vandeniu: dauguma metalinių joninių hidridų reaguoja su vandeniu, išlaisvindami H2 (pvz., NaH + H2O → NaOH + H2). Kai kurie kovalentiniai hidridai (pvz., halogenų hidridai HCl) vandenyje elgiasi kaip rūgštys.
• Redukcinės savybės: hydrido jonas (H−) yra stiprus reduktorius; organinėje sintezėje dažnai naudojamos reakcijos su LiAlH4 arba NaBH4 (metalo hidridai arba boranai), kurie redukuoja funkcines grupes.
• Elektrinis ir šiluminis laidumas: metaliniai/intersticiniai hidridai dažnai laidūs elektra ir šiluma, tuo tarpu joniniai hidridai yra dielektrikai arba mažai laidūs (nebent ištirpę arba ioneizuoti).

Kiti klasifikacijos aspektai: rūgštingumas ir cheminis elgesys

Hidridai taip pat skirstomi pagal savybę reaguoti su protonais ar protonų donorais:

• Akceptoriai (acidiniai) hidridai – dažniausiai tai p bloko ne metalų hidridai (pvz., HCl, H2S), kurie vandenyje elgiasi kaip rūgštys.
• Baziniai (metalų) hidridai – metalų hidrido H− jonas veikia kaip stipri bazė, reaguoja su protinais ir skiria vandenilį kaip H2.
• Amfoterminiai hidridai – gali elgtis tiek kaip rūgštis, tiek kaip bazė, priklausomai nuo reakcijos aplinkos (kai kurie kompleksiniai hidridai ir tam tikri metalų hidrido tipai).
• Neutralūs hidridai – paprastai kovalentiniai molekuliniai hidridai (pvz., CH4), kurie neišsiskiria kaip stiprios rūgštys ar bazės vandeniniame tirpale.

Pavyzdžiai ir praktinis panaudojimas

• Pramonė ir energetika: metaliniai hidridai naudojami kaip vandenilio saugyklos dėl jų gebėjimo sugerti ir išlaisvinti H2 esant sąlygoms. Taip pat intersticiniai hidridai svarbūs šilumos ir elektros grandinėse.
• Akumuliatoriai: nikelio metalhidridų akumuliatoriuose metalhidridai tarnauja kaip aktyvus komponentas, galintis saugoti ir atiduoti vandenilį elektrochiminių procesų metu.
• Organinė sintezė: reagentai kaip LiAlH4 ir NaBH4 plačiai naudojami redukcijai (pvz., angliavandenių grupių transformacijose).
• Boranai ir boro hidrido junginiai: pvz., diboranai (B2H6) yra reaktyvūs ir naudojami specifinėse sintezės reakcijose, bet yra toksiški ir degūs.
• Kasdieniai pavyzdžiai: Angliavandeniliai – tai labai plataus panaudojimo kovalentiniai hidridai: degalai, plastikai, tirpikliai; amoniakas – trąšų ir cheminės pramonės žaliava; vanduo – kasdienis deguonies hidridas.

Saugos pastabos

Daugeliui hidridų būdingas didelis reaktyvumas: joniniai hidridai ir kai kurie boranai gali reaguoti su drėgme ar deguonimi, spontaniškai išskirdami vandenilį arba užsidegdami. Darbo su aktyviais hidridais metu reikalinga apsauga nuo drėgmės, tinkama ventiliacija ir, esant reikalui, darbas slėginiuose arba inertinėmis dujomis užpildytuose induose. Organiniuose procesuose naudojami reduktoriai, kaip LiAlH4, turi būti saugomi ir vartojami atskirai nuo vandens ir rūgščių.

Apibendrinant: hidridai yra įvairūs junginiai, kurių savybės labai priklauso nuo ryšio tipo – joninio, kovalentinio arba metalinio. Jie turi svarbių pramoninių, energetinių ir sintezės reikšmių, tačiau reikalauja atsargumo dėl galimo didelio reaktyvumo.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra hidridas?

K: Ar visi elementai gali sudaryti hidridus?

K: Kas yra metalų hidridai?

K: Kas yra tarpsluoksniniai hidridai?

K: Kas yra kovalentiniai hidridai?

K: Kokie yra hidridų pavyzdžiai?

K: Kokie yra kai kurie hidridų panašumai?

Paieška pagal raidę