Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ГИДРИДЫ

ГИДРИДЫ, соединения водорода с металлами или менее электроотрицательными, чем водород, неметаллами. Иногда к гидридам относят соед. всех хим. элементов с водородом. Различают простые, или бинарные, гидриды, комплексные (см., напр., Алюмогидриды, Борогидриды металлов)и гидриды интерметаллич. соединений. Для большинства переходных металлов известны также комплексные соед., содержащие атом Н наряду с др. лигандами в координац. сфере металла-комплексообразователя.

Простые гидриды. Известны для всех элементов, кроме благородных газов, платиновых металлов (исключение -Pd), Ag, Au, Cd, Hg, In, Tl. В зависимости от природы связи элемента (Э) с водородом подразделяются на ковалентные, ионные (солеобразные) и металлоподобные (металлические), однако эта классификация условна, т. к. между разл. типами простых гидридов резких границ нет.

К ковалентным относят гидриды неметаллов, Al, Be, Sn, Sb. Гидриды SiH4, GeH4, SnH4, PH3, AsH3, SbH3, H2S, H2Se, H2Te (см. табл. 1) и низшие бороводороды-газы. Ковалентные гидриды обладают высокой реакц. способностью. Эффективный положит. заряд атома Э в молекуле возрастает в пределах одной группы периодич. системы с увеличением его порядкового номера. Элементы Si и Ge образуют высшие гидриды общей ф-лы ЭnН2n + 2 (п1108-40.jpg2), стабильность к-рых быстро уменьшается с увеличением числа атомов Э. Гидриды элементов подгруппы S хорошо раств. в воде (р-ры имеют кислую р-цию), подгруппы Р-незначительно. Гидриды элементов подгруппы Si взаимод. с водой с образованием ЭО2 и Н2. Все эти гидриды раств. в неполярных или малополярных орг. р-рителях. Ковалентные гидриды-сильные восстановители. Легко вступают в обменные р-ции, напр. с галогенидами металлов. При 100-300 °С (H2S ок. 400 °С) разлагаются практически необратимо до Э и Н2.

Табл. 1.-СВОЙСТВА ПРОСТЫХ КОВАЛЕНТНЫХ И ИОННЫХ ГИДРИДОВ
Ковалентные и ионные гидриды

* Т-ра разложения.

Гидриды подгруппы фосфора получают р-цией ЭС13 с Li[AlH4] в эфире при 25 °С; SiH4 и GeH4-взаимод. Мg2Э с водой или с В2Н6 в жидком NH3; H2S, H2Se и Н2Те-кислотным гидролизом сульфидов, селенидов или теллуридов металлов (H2S-также взаимод. Н, и S). Все упомянутые гидриды, особенно AsH3 и РН3, высокотоксичны. Гидриды Ge, Si, As используют для получения полупроводниковых материалов. См. также Мышьяка гидрид, Сероводород, Силаны, Фосфины.

Гидриды ВеН2 и А1Н3, существующие в полимерном состоянии, а также крайне нестойкий термически Ga2H6 по природе хим. связи Э—Н близки к бороводородам: для них характерен дефицит электронов, в связи с чем образование молекул или кристаллов происходит с участием двухэлектронных трехцентровых мостиковых (Э—Н—Э) и многоцентровых связей. Для этих гидридов характерны очень высокие энтальпии сгорания. Они взаимод. с водой, выделяя Н2. С донорами электронов, напр. с NR3, PR3, образуют аддукты, с В2Н6 в среде апротонных орг. р-рителей-соотв. Аl[ВН4]3 и Ве[ВН4]2. Получают гидриды Аl и Be по р-циям:
Получение гидридов алюминия и бериллия

К ионным относят гидриды щелочных и щел.-зем. металлов (кроме Mg). Эти соед.-структурные аналоги соответствующих галогенидов. Представляют собой кристаллы, к-рые в расплавл. состоянии проводят электрич. ток, причем Н2 выделяется на аноде. Не раств. в орг. р-рителях, хорошо раств. в расплавах галогенидов щелочных металлов. Обладают высокой хим. активностью, бурно реагируют с О2 и влагой воздуха. Взаимод. с водой (напр., МН + Н2О -> МОН + Н2) сопровождается выделением тепла. В эфире, диглиме, ТГФ легко (особенно LiH и NaH) реагируют с галогенидами или гидридами В и А1, образуя соотв. борогидриды М[ВН4]n и алюмогидриды М[А1Н4]n. При 700-800°С восстанавливают оксиды до металлов. С СО2 дают соли муравьиной к-ты. Взаимод. с N2, напр. 3СаН2 + + N2->Ca3N2 + ЗН2.

Получают ионные гидриды обычно взаимод. Н2 с расплавом соответствующего металла под давлением. Их используют в кач-ве сильных восстановителей (напр., для получения металлов из их оксидов или галогенидов, удаления окалины с пов-стей изделий из стали и тугоплавких металлов). Многие гидриды-источники Н2, перспективное ракетное топливо. Дейтериды и тритиегидриды - возможное горючее для ядерных реакторов. См. также Лития гидрид.

Гидрид Mg по св-вам и природе хим. связи занимает промежут. положение между ковалентными и ионными гидридами; кристаллы с решеткой типа ТiO2; при высоких давлениях ( ~ 7 МПа) претерпевает полиморфные превращения. С водой и водными р-рами к-т и щелочей MgH2 взаимод. с выделением Н2, однако менее энергично, чем гидриды щелочных и др. щел.-зем. металлов. М. б. получен взаимод. Mg с Н2 при 200-250 °С и давлении 10 МПа (скорость р-ции мала) либо обменной р-цией MgHal2 с МН или М [А1Н4], где М—Li, Na, в среде орг. р-рителя. Легко образуется при гидрировании сплавов Mg, содержащих небольшие добавки РЗЭ и переходных металлов, при 150-180°С и 1-5 МПа, причем р-ция обратима. В связи с этим такие сплавы-перспективные хим. аккумуляторы Н2 для нужд малой энергетики, металлургии и хим. технологии.

К металлоподобным относят гидриды переходных металлов и РЗЭ. Формально такие соед. могут рассматриваться как фазы внедрения водорода в металл. Их образованию всегда предшествует адсорбция Н2 на пов-сти металла.

Адсорбированная молекула диссоциирует на атомы Н, в результате диффузии к-рых в кристаллич. решетку происходит образование т.н.1109-1.jpgраствора водорода в металле; процесс не сопровождается перестройкой кристаллич. решетки. При достижении определенной концентрации Н2 в1109-2.jpgрастворе образуется собственно гидрид металла1109-3.jpg , как правило, стехиометрич. состава (МН3 для металлов III гр., МН2 для IV гр. и ванадия). Взаимод. Н2 с указанными металлами (кроме Pd) всегда сопровождается перестройкой кристаллич. решетки. Для описания природы хим. связи водорода с металлич. матрицей используют представление о типе связи, промежуточном между ионной и металлической; электроны водорода в большей или меньшей степени участвуют в формировании зоны проводимости гидридов. По-видимому, вклад ионной составляющей связи М+ —Н- Наиб. велик для EuH2, YbH2 и тригидридов лантаноидов и минимален для PdH0,6, а также для гидридов Mn, Fe, Co, Ni, существующих при высоких давлениях Н2 и содержащих менее одного атома Н на атом металла.

Металлоподобные гидриды (см. табл. 2)-светло- и темно-серые кристаллы с металлич. блеском, устойчивые на воздухе при комнатной т-ре. С О2, водой и водяным паром реагируют медленно. М.б. получены взаимод. металла с Н2 при обычной т-ре или при нагр.; напр., TiH2 и LaH3 синтезируют при 150-200 °С. Получение гидридов стехиометрич. состава в большинстве случаев сопряжено со значит. трудностями из-за высокой чувствительности гидрироваиия к наличию примесей в металле и особенно О2 и водяных паров в Н2. Металлоподобные гидриды ограниченно применяют в кач-ве источников Н2 высокой чистоты (используемых, напр., в топливных элементах) и для поглощения Н2 из газовых смесей. Гидриды Pd-катализаторы гидрирования, изомеризации, орто- и парапревращения Н2.

Табл. 2.-СВОЙСТВА МЕТАЛЛОПОДОБНЫХ ГИДРИДОВ
Металлоподобные гидриды

Гидриды интерметаллических соединений. Содержат обычно атомы РЗЭ, Mg, Ca, Ti, Al, Fe, Co, Ni, Си. Легко образуются при взаимод. интерметаллидов даже с техн. Н2 (содержащим до 1-2% примесей О2 и водяного пара) при 25-200°С и давлениях Н2 0,1-1 МПа; скорость поглощения Н2 очень велика. Р-ции характеризуются малыми тепловыми эффектами (20-30 кДж на 1 моль Н2, для индивидуальных металлов-100-120 кДж) и не приводят к значит. изменениям в структуре исходной металлич. матрицы; в большинстве случаев происходит лишь увеличение ее объема на 10-30%. Для гидридов этого типа характерна высокая подвижность водорода и большая хим. активность (о св-вах см. также табл. 3).

При 200-500 °С и давлениях Н2 104-105 Па происходит гидрогенолиз интерметаллидов: мнх + м'ну <- мм'n + н2 -> мнх + пМ'

Данная р-ция характерна для соед., образованных РЗЭ и Mg, а также РЗЭ и Fe, Ni или Со. Так, гидрид РЗЭ, образующийся при гидрогенолизе интерметаллида, содержащего Mg, катализирует как гидрирование Mg, так и дегидрирование MgH2 при 150-180°С: МН2 + nMg + (n + 0,5) Н21109-5.jpg МН3 + nMgH2

Благодаря высокому содержанию Н2, возможности значит. смещения равновесия в ту или др. сторону посредством небольших изменений т-ры и давления Н2, способности поглощать Н2 при низких т-рах и устойчивости к действию О2 и влаги воздуха, гидриды интерметаллич. соединений м.б. использованы как хим. аккумуляторы слабосвязанного водорода. Перспективно их применение как источников топлива для автономных энергосистем, напр. автомобильного транспорта (см. Водородная энергетика), а также для получения высокодисперсных металлич. порошков и катализаторов гетерог. гидрирования.

Табл. 3.-СВОЙСТВА ГИДРИДОВ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Гидриды интерметаллических соединений


===
Исп. литература для статьи «ГИДРИДЫ»: Гидриды металлов, пер. с англ., М., 1973; Девятых ГГ., Зорин А. Д., Летучие неорганические гидриды особой чистоты, М., 1974; Антонова А. М., Морозова Р. А., Препаративная химия гидридов. К., 1976; Водород в металлах, пер. с англ., т. 2, М., 1981. К.Н. Семененко.

Страница «ГИДРИДЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн