氢化物是一类氢的化合物。严格意义上讲,氢化物只包含氢同金属相互结合的化合物,但由于概念的扩大,有时它也包含水、氨和碳氢化合物等物质。
分类
氢化物基本上可按以下标准分类:
:;离子型氢化物(类盐氢化物) : 一类具有高熔点和较高稳定性的化合物,一般由较活泼的金属与氢形成,如碱金属及部分碱土金属和镧系金属氢化物。
:;共价型氢化物 : 由非金属(不含稀有气体)或类金属与氢形成,熔点较低,命名上通常叫“某化氢”而非“氢化某”。
:;过渡金属氢化物 : 为过渡金属的氢化物,种类很多,其中有些是确定的整比化合物。过渡金属合金的氢化物是近年来氢化物的研究方向。
:;边界氢化物 : 性质介于共价型与过渡金属之间,报导较少。
:;配位氢化物(复合氢化物) : 包括氢化铝锂、硼氢化钠等,在工业生产及有机合成中具有重要应用。
氢负离子
氢负离子 H−,由两个电子及一个质子组成,是已知除电子盐外最小的阴离子。氢负离子不能在水溶液中存在,是已知的最强碱之一,这可通过以下生成反应看出:
::½H2(g) → H(g); ΔH = 218kJ/mol
::H(g) + e− → H−(g); ΔH = -67kJ/mol
::½H2(g) + e− → H−(g); ΔH = +151kJ/mol
::½Br2(g) + e− → Br−; ΔH = -214kJ/mol
::H− + H+ → H2; ΔH = -1676kJ/mol
负氢是非常强的还原剂:
::H2 + 2e− 2H−; Eo = −2.25 V
已知自由氢负离子的有效半径为208pm。这个数据与其他数据比较时,特别是与He原子的93pm,H原子的50pm,Cl−的结晶半径181pm,H的共价半径30pm,及类盐氢化物中H−的半径(134-154pm)相比是有趣的。这个反常大的半径可以用H−的核电荷较小,电子彼此排斥和对核引力的屏蔽效应来解释。
离子型氢化物
由于H−离子的生成热为正值,因此只有电负性小的元素才能与氢形成离子型氢化物。这类化合物在熔融电解时阳极产生氢气,可证明其离子性。
这类化合物中H−的结晶半径介于F−和Cl−之间,因此某种氢化物的晶格能与相应的氟化物及氯化物相近。但是氢化物的生成热相对于卤化物却非常低,例如碱金属卤化物的生成热大约为420kJ/mol,而氢化钠的生成热只有56.6kJ/mol,氢化锂也不过91.0kJ/mol。
::2Na + H2 → 2NaH
性质
离子型氢化物都是无色或白色晶体,常因含有金属杂质而发灰,金属过量则呈蓝紫色。这类化合物的反应性从锂到铯、从钙到钡依次增大,遇氧化剂(包括水)会强烈反应,操作时必须注意。它们对空气和水是不稳定的,有些甚至会发生自燃。曾经有人将一份K3AlH6样品放在手套箱中放置了一段时间,后来用药匙触碰了一下样品,立即发生了爆炸。 的氢化物。
*NaH与MgBr2进行复分解反应或热分解Be或Mg的烃基物可制备其氢化物。
*100%硫酸与氢化铝锂反应可得AlH3:
::2LiAlH4 + H2SO4 −THF→ 2AlH3 + 2H2 + Li2SO4
共价氢化物中的氢可被一些有机基团替代,生成相应的衍生物,例如DIBAL(二异丁基氢化铝)中含有氢桥连接的铝原子,被用于有机合成。
过渡金属氢化物
许多过渡金属或合金与氢加热时能形成过渡金属氢化物。绝大多数过渡金属氢化物为整比化合物(钯除外)。过去曾认为它们是氢在金属中的固溶体,或氢间充在晶格空隙中形成的化合物,但现在已弄清楚它们都有很明确的物相,结构完全不同于母体金属的结构。 很多过渡金属氢化物很活泼,与水剧烈反应,甚至在空气可以自燃。
应用
*铀与氢气化合成为氢化铀的可逆反应可用于制备超纯氢气。
*氢化钛在电真空工业中用作吸气剂,也用作高纯氢的供源。
*用于制造烟火及核反应堆中的减速剂。
*过渡金属合金是现在储氢材料中很重要的研究方向,如镧镍合金LaNi5。
參見
*母體氫化物
*氫正離子
*氫負離子
*水合氫離子
*質子
参考资料
外部链接
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