Водородные соединения
Водородные соединения – это соединения, содержащие элемент водород . В этих соединениях водород может образовываться в степенях окисления +1 и -1. Водород может образовывать соединения как ионные, так и ковалентные. Он входит в состав многих органических соединений, таких как углеводороды, а также воды и других органических веществ. ЧАС + Ион часто называют протоном, потому что он имеет один протон и не имеет электронов, хотя протон не движется свободно. Кислоты Бренстеда-Лоури способны быть донорами ЧАС + ионы к основаниям.
Ковалентные и органические соединения
[ редактировать ]
Пока H 2 не очень реакционноспособен в стандартных условиях, образует соединения с большинством элементов. Водород может образовывать соединения с более электроотрицательными элементами , такими как галогены (F, Cl, Br, I) или кислород ; в этих соединениях водород принимает частичный положительный заряд. [1] При соединении с более электроотрицательным элементом, особенно с фтором , кислородом или азотом , водород может участвовать в форме нековалентной связи средней прочности с другим электроотрицательным элементом с неподеленной парой. Это явление называется водородной связью и имеет решающее значение для стабильности многих элементов. биологические молекулы. [2] [3] Водород также образует соединения с менее электроотрицательными элементами, такими как металлы и металлоиды , где он принимает частичный отрицательный заряд. Эти соединения часто называют гидридами . [4]
Вода содержит два атома водорода, ковалентно связанные с одним кислорода . атомом [5] и является одним из наиболее хорошо изученных соединений. [6]
Водород хорошо растворяется во многих редкоземельных и переходных металлах. [7] и растворим как в нанокристаллических, так и в аморфных металлах . [8] водорода На растворимость в металлах влияют местные искажения или примеси в кристаллической решетке . [9] Эти свойства могут быть полезны при очистке водорода путем пропускания через горячие палладиевые диски, но высокая растворимость газа представляет собой металлургическую проблему, способствующую охрупчиванию многих металлов. [10] усложнение конструкции трубопроводов и резервуаров для хранения. [11]
Углеводороды
[ редактировать ]
Водород образует широкий спектр соединений с углеродом, называемых углеводородами , и еще более обширный набор соединений с гетероатомами , которые из-за их общей связи с живыми существами называются органическими соединениями . [12] Изучение их свойств известно как органическая химия. [13] и их изучение в контексте живых организмов известно как биохимия . [14] По некоторым определениям, «органические» соединения должны содержать только углерод. Однако большинство из них также содержат водород, и поскольку именно углерод-водородная связь придает этому классу соединений большую часть его особых химических характеристик, углерод-водородные связи необходимы в некоторых определениях слова «органический» в химии. [12] миллионы углеводородов Известны , и они обычно образуются сложными путями, в которых редко участвует элементарный водород.
Гидриды
[ редактировать ]
Соединения водорода часто называют гидридами , этот термин используется довольно широко. Термин «гидрид» предполагает, что атом H приобрел отрицательный или анионный характер, обозначаемый ЧАС − и используется, когда водород образует соединение с более электроположительным элементом. Существование гидрид -аниона , предложенное Гилбертом Н. Льюисом в 1916 году для солеподобных гидридов групп 1 и 2, было продемонстрировано Моерсом в 1920 году с помощью электролиза расплавленного гидрида лития (LiH), производящего стехиометрическое количество водорода при анод. [15] Для гидридов, отличных от металлов 1 и 2 групп, этот термин вводит в заблуждение, учитывая низкую электроотрицательность водорода. Исключением в гидридах 2-й группы являются BeH 2 , который является полимерным. В литийалюминийгидриде [АлХ 4 ] − анион несет гидридные центры, прочно связанные с Al(III).
Хотя гидриды могут образовываться почти со всеми элементами основной группы, количество и комбинация возможных соединений широко варьируются; например, известно более 100 бинарных гидридов борана, но только один бинарный гидрид алюминия. [16] Бинарный гидрид индия еще не идентифицирован, хотя существуют более крупные комплексы. [17]
В неорганической химии гидриды могут также служить мостиковыми лигандами , связывающими два металлических центра в координационный комплекс . Эта функция особенно распространена в элементах 13 группы , особенно в боранах ( гидридах бора ) и комплексах алюминия , а также в кластерных карборанах . [18]
Протоны и кислоты
[ редактировать ]Окисление водорода удаляет его электрон и дает ЧАС + , который не содержит электронов и имеет ядро , обычно состоящее из одного протона. Поэтому ЧАС + часто называют протоном. Этот вид занимает центральное место в обсуждении кислот . Согласно кислотно-основной теории Бренстеда-Лоури , кислоты являются донорами протонов, а основания - акцепторами протонов.
Голый протон, ЧАС + , не может существовать в растворе или в ионных кристаллах из-за непреодолимого притяжения к другим атомам или молекулам с электронами. За исключением высоких температур, связанных с плазмой, такие протоны не могут быть удалены из электронных облаков атомов и молекул и останутся прикрепленными к ним. Однако термин «протон» иногда используется свободно и метафорически для обозначения положительно заряженного или катионного водорода, присоединенного таким образом к другим видам, и поэтому обозначается как «протон». ЧАС + «без всякого намека на то, что какие-то отдельные протоны существуют свободно как вид.
Чтобы избежать присутствия голого «сольватированного протона» в растворе, иногда считают, что кислые водные растворы содержат менее маловероятные вымышленные частицы, называемые « ионом гидроксония » ( [ Н3О ] + ). Однако даже в этом случае такие сольватированные катионы водорода более реалистично рассматривать как организованные в кластеры, образующие виды, более близкие к [Н 9 О 4 ] + . [19] Другие ионы оксония обнаруживаются, когда вода находится в кислом растворе с другими растворителями. [20]
Несмотря на экзотику на Земле, одним из наиболее распространенных ионов во Вселенной является Ион H + 3 , известный как протонированный молекулярный водород или катион триводорода. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]
В эту статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе : http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM1902/IC10K_MG_гидроген.html.
- ^ Кларк, Дж. (2002). «Кислотность галогеноводородов» . Химгид . Архивировано из оригинала 20 февраля 2008 года . Проверено 9 марта 2008 г.
- ^ Кимбалл, JW (7 августа 2003 г.). «Водород» . Страницы биологии Кимбалла . Архивировано из оригинала 4 марта 2008 года . Проверено 4 марта 2008 г.
- ^ Сборник химической терминологии IUPAC, электронная версия, Водородная связь. Архивировано 19 марта 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ Сандрок, Г. (2 мая 2002 г.). «Системы Металл-Водород» . Сандианские национальные лаборатории. Архивировано из оригинала 24 февраля 2008 года . Проверено 23 марта 2008 г.
- ^ Кэмпбелл, Нил А.; Уильямсон, Брэд; Хейден, Робин Дж. (2006). Биология: исследование жизни . Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN 978-0-13-250882-7 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Такешита, Т.; Уоллес, МЫ; Крейг, Р.С. (1974). «Растворимость водорода в соединениях иттрия или тория и никеля или кобальта 1:5». Неорганическая химия . 13 (9): 2282–2283. дои : 10.1021/ic50139a050 .
- ^ Кирххайм, Р.; Мучеле, Т.; Кинингер, В.; Глейтер, Х.; Бирринджер, Р.; Кобле, Т. (1988). «Водород в аморфных и нанокристаллических металлах». Материаловедение и инженерия . 99 (1–2): 457–462. дои : 10.1016/0025-5416(88)90377-1 .
- ^ Кирххайм, Р. (1988). «Растворимость и диффузия водорода в дефектных и аморфных металлах». Прогресс в материаловедении . 32 (4): 262–325. дои : 10.1016/0079-6425(88)90010-2 .
- ^ Роджерс, ХК (1999). «Водородное охрупчивание металлов». Наука . 159 (3819): 1057–1064. Бибкод : 1968Sci...159.1057R . дои : 10.1126/science.159.3819.1057 . ПМИД 17775040 . S2CID 19429952 .
- ^ Кристенсен, Швейцария; Норсков, Дж. К.; Йоханнессен, Т. (9 июля 2005 г.). «Сделать общество независимым от ископаемого топлива – датские исследователи раскрывают новую технологию» . Технический университет Дании . Архивировано из оригинала 21 мая 2015 года . Проверено 19 мая 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Структура и номенклатура углеводородов» . Университет Пердью. Архивировано из оригинала 11 июня 2012 года . Проверено 23 марта 2008 г.
- ^ «Органическая химия» . Словарь.com . Издательская группа Лексико. 2008. Архивировано из оригинала 18 апреля 2008 года . Проверено 23 марта 2008 г.
- ^ «Биохимия» . Словарь.com . Издательская группа Лексико. 2008. Архивировано из оригинала 29 марта 2008 года . Проверено 23 марта 2008 г.
- ^ Моерс, К. (1920). «Исследования солевого характера гидрида лития» . Журнал неорганической и общей химии . 113 (191): 179–228. дои : 10.1002/zaac.19201130116 . Архивировано (PDF) из оригинала 24 августа 2019 г. Проверено 24 августа 2019 г.
- ^ Даунс, Эй Джей; Пулхэм, ЧР (1994). «Гидриды алюминия, галлия, индия и таллия: переоценка». Обзоры химического общества . 23 (3): 175–184. дои : 10.1039/CS9942300175 .
- ^ Хиббс, Делавэр; Джонс, К.; Смитис, Северная Каролина (1999). «Чрезвычайно стабильный комплекс тригидрида индия: синтез и характеристика [InH 3 P(C 6 H 11 ) 3 ]». Химические коммуникации (2): 185–186. дои : 10.1039/a809279f .
- ^ Мисслер, Г.Л.; Тарр, Д.А. (2003). Неорганическая химия (3-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-035471-6 .
- ^ Окумура, AM; Да, ЛИ; Майерс, доктор медицинских наук; Ли, Ю.Т. (1990). «Инфракрасные спектры сольватированного иона гидроксония: колебательная предиссоциационная спектроскопия массово-селектированного H 3 O+•(H 2 O )n •(H 2 ) m ». Журнал физической химии . 94 (9): 3416–3427. дои : 10.1021/j100372a014 .
- ^ Пердонсин, Г.; Скоррано, Г. (1977). «Равновесия протонирования в воде при нескольких температурах спиртов, простых эфиров, ацетона, диметилсульфида и диметилсульфоксида». Журнал Американского химического общества . 99 (21): 6983–6986. дои : 10.1021/ja00463a035 .
- ^ Кэррингтон, А.; Макнаб, ИК (1989). «Инфракрасный спектр предиссоциации трехатомного катиона водорода (H 3 + )». Отчеты о химических исследованиях . 22 (6): 218–222. doi : 10.1021/ar00162a004 .