الهيدريد

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، يُعرف الهيدريد رسميًا بأنه أنيون الهيدروجين (H⁻ ) ، أي أيون الهيدروجين الذي يحتوي على إلكترونين. [ 1 ] في الاستخدام الحديث، يُستخدم هذا المصطلح عادةً للروابط الأيونية فقط، ولكنه يُطبق أحيانًا (وكان أكثر شيوعًا في الماضي) على جميع المركبات التي تحتوي على ذرات هيدروجين مرتبطة تساهميًا . بهذا المعنى الواسع، وربما القديم، يُعد الماء (H₂O ) هيدريد الأكسجين ، والأمونيا هيدريد النيتروجين ، وهكذا. في المركبات التساهمية، يشير هذا المصطلح إلى أن الهيدروجين مرتبط بعنصر أقل كهرسلبية . في مثل هذه الحالات، يتمتع مركز الهيدروجين بخاصية محبة للنواة ، وهو ما يتناقض مع الخاصية البروتونية للأحماض. نادرًا ما يُلاحظ أنيون الهيدريد.

يُعد هيدريد الصوديوم مثالاً على ملح الهيدريد

تشكل جميع العناصر تقريبًا حتى الكاليفورنيوم مركبات ثنائية مع الهيدروجين ، باستثناء الهيليوم ، [ 2 ] والنيون ، [ 3 ] والأرجون ، [ 4 ] والكريبتون ، [ 5 ] والبروميثيوم ، والرادون ، والفرانسيوم ، والراديوم . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] كما تم تصنيع جزيئات غريبة مثل هيدريد البوزيترونيوم .

السندات

تتراوح الروابط بين الهيدروجين والعناصر الأخرى بين الروابط الأيونية القوية والروابط التساهمية إلى حد ما . بعض الهيدريدات، مثل هيدريدات البورون ، لا تخضع لقواعد عد الإلكترونات التقليدية ، ويُوصَف الترابط فيها بروابط متعددة المراكز، بينما غالبًا ما تتضمن الهيدريدات البينية روابط معدنية . يمكن أن تكون الهيدريدات جزيئات منفصلة ، ​​أو قليلات الوحدات ، أو بوليمرات ، أو مواد صلبة أيونية ، أو طبقات أحادية ممتزة كيميائيًا ، أو معادن صلبة (بينية)، أو مواد أخرى. في حين أن الهيدريدات تتفاعل تقليديًا كقواعد لويس أو عوامل اختزال ، فإن بعض هيدريدات المعادن تتصرف كمانحات لذرات الهيدروجين وتعمل كأحماض.

التطبيقات

يُعدّ ثلاثي (ثلاثي ميثيل سيليل) سيلان مثالاً على الهيدريد الذي يرتبط برابطة ضعيفة مع الهيدروجين. ويُستخدم كمصدر لذرات الهيدروجين. [ 13 ]
تعتبر هيدريدات المعادن (مثل H2RhCl (PPh3 ) 2 المشتقة من محفز ويلكنسون ) وسائط في تحفيز الهدرجة.

أيون الهيدريد

لا توجد أيونات الهيدريد الحرة إلا في ظل ظروف قاسية، ولا تُستخدم في المحاليل المتجانسة. وبدلاً من ذلك، تحتوي العديد من المركبات على مراكز هيدروجين ذات خصائص هيدريدية.

إلى جانب الإلكتريد ، يُعد أيون الهيدريد أبسط الأنيونات الممكنة ، ويتكون من إلكترونين وبروتون . يتميز الهيدروجين بانخفاض نسبي في ألفة الإلكترون ، حيث تبلغ 72.77 كيلوجول/مول ، ويتفاعل طاردًا للحرارة مع البروتونات كقاعدة لويس قوية . 

H − + H + → H 2 Δ H = − 1676 كيلوجول/مول   

انخفاض ألفة الإلكترون للهيدروجين وقوة الرابطة H – H (ΔH BE = 436  kJ/mol) يعني أن أيون الهيدريد سيكون أيضًا عاملًا مختزلًا قويًا

H₂ + 2 e⁻ ⇌ 2H − E⊖ = −2.25 V  

أنواع الهيدريدات

بحسب التعريف العام، يشكل كل عنصر من عناصر الجدول الدوري (باستثناء بعض الغازات النبيلة ) هيدريدًا واحدًا أو أكثر. وقد صُنفت هذه المواد إلى ثلاثة أنواع رئيسية وفقًا لطبيعة روابطها : [ 6 ]

  • الهيدريدات الأيونية ، التي تتميز بخاصية الترابط الأيوني الهامة .
  • الهيدريدات التساهمية ، والتي تشمل الهيدروكربونات والعديد من المركبات الأخرى التي ترتبط تساهميًا بذرات الهيدروجين.
  • الهيدريدات البينية ، والتي يمكن وصفها بأنها ذات رابطة معدنية .

على الرغم من أن هذه التقسيمات لم تُستخدم بشكل عالمي، إلا أنها لا تزال مفيدة لفهم الاختلافات في الهيدريدات.

الهيدريدات الأيونية

هذه مركبات ستويكيومترية للهيدروجين. تتكون الهيدريدات الأيونية أو الملحية [ 15 ] من هيدريد مرتبط بفلز موجب الشحنة، عادةً ما يكون فلزًا قلويًا أو فلزًا قلويًا ترابيًا . تشكل اللانثانيدات ثنائية التكافؤ ، مثل اليوروبيوم والإيتربيوم ، مركبات مشابهة لتلك الخاصة بالفلزات القلوية الترابية الأثقل. في هذه المواد، يُنظر إلى الهيدريد على أنه شبه هاليد . الهيدريدات الملحية غير قابلة للذوبان في المذيبات التقليدية، مما يعكس بنيتها غير الجزيئية. تُستخدم الهيدريدات الأيونية كقواعد، وأحيانًا كعوامل اختزال في التخليق العضوي . [ 16 ]

C₆H₅C ( O ) CH₃ + KH → C₆H₅C ( O ) CH₂K + H₂​

تُعدّ الإيثرات من المذيبات الشائعة في مثل هذه التفاعلات . لا يُمكن للماء والمذيبات البروتونية الأخرى أن تُستخدم كوسيط لأيونات الهيدريد لأن أيون الهيدريد قاعدة أقوى من أيون الهيدروكسيد ومعظم أيونات الهيدروكسيل . وينطلق غاز الهيدروجين في تفاعل الحمض والقاعدة النموذجي.

NaH + H2O → H2 ( جم) + NaOH
Δ H = −83.6  كيلو جول/مول، Δ G = −109.0  كيلو جول/مول

غالباً ما تتفاعل هيدريدات الفلزات القلوية مع هاليدات الفلزات. وينتج هيدريد الليثيوم والألومنيوم (يُختصر غالباً إلى LAH) من تفاعلات هيدريد الليثيوم مع كلوريد الألومنيوم .

4 LiH + AlCl 3 → LiAlH 4 + 3 LiCl

الهيدريدات التساهمية

بحسب بعض التعريفات، تشمل الهيدريدات التساهمية جميع المركبات الأخرى التي تحتوي على الهيدروجين. بينما تقصر تعريفات أخرى الهيدريدات على مراكز الهيدروجين التي تتفاعل رسميًا كهيدريدات، أي أنها محبة للنواة، وذرات الهيدروجين المرتبطة بمراكز فلزية. تتكون هذه الهيدريدات من جميع اللافلزات الحقيقية (باستثناء عناصر المجموعة صفر) والعناصر Be، Zn، Cd، Hg، Al، Ga، In، Tl، Sn، Pb، Bi، وPo، وهي عادةً فلزية بطبيعتها، أي أن هذه الفئة تشمل هيدريدات عناصر المجموعة p. في هذه المواد، تكون رابطة الهيدريد رابطة تساهمية رسمية تشبه إلى حد كبير الرابطة التي يشكلها البروتون في حمض ضعيف . تشمل هذه الفئة الهيدريدات الموجودة على شكل جزيئات منفصلة، ​​أو بوليمرات، أو قليلات الوحدات، والهيدروجين الممتز كيميائيًا على سطح. ومن أهم فئات الهيدريدات التساهمية هيدريدات الفلزات المعقدة ، وهي هيدريدات قوية قابلة للذوبان تُستخدم عادةً في عمليات التخليق الكيميائي.

غالبًا ما تتضمن الهيدريدات الجزيئية روابط إضافية؛ فعلى سبيل المثال، يتكون هيدريد ثنائي إيزوبوتيل الألومنيوم (DIBAL) من مركزين من الألومنيوم متصلين بروابط هيدريد. وتُستخدم الهيدريدات القابلة للذوبان في المذيبات الشائعة على نطاق واسع في التخليق العضوي. ومن أكثرها شيوعًا بوروهيدريد الصوديوم ( NaBH₄ ) وهيدريد الليثيوم والألومنيوم ، بالإضافة إلى الكواشف المعيقة فراغيًا مثل DIBAL.

الهيدريدات البينية أو الهيدريدات المعدنية

هيدريد معدني لتطبيقات تخزين الهيدروجين

توجد الهيدريدات البينية عادةً داخل المعادن أو السبائك. ويُطلق عليها تقليديًا اسم "المركبات" على الرغم من أنها لا تتوافق تمامًا مع تعريف المركب، بل تُشبه إلى حد كبير السبائك الشائعة مثل الفولاذ. في هذه الهيدريدات، يمكن أن يوجد الهيدروجين على شكل ذرات أو جزيئات ثنائية الذرة. قد تؤدي المعالجة الميكانيكية أو الحرارية، مثل الثني أو الطرق أو التلدين، إلى ترسب الهيدروجين من المحلول عن طريق إزالة الغازات. وتُعتبر روابطها بشكل عام روابط معدنية . تُشكل المعادن الانتقالية واللانثانيدات الصلبة هيدريدات ثنائية بينية عند تعرضها للهيدروجين. عادةً ما تكون هذه الأنظمة غير متكافئة ، حيث تحتوي على كميات متفاوتة من ذرات الهيدروجين في الشبكة البلورية. في هندسة المواد، تنتج ظاهرة التقصف الهيدروجيني عن تكوين الهيدريدات البينية. تتشكل الهيدريدات من هذا النوع وفقًا لإحدى آليتين رئيسيتين. تتضمن الآلية الأولى امتزاز جزيء الهيدروجين، يليه انشطار الرابطة الهيدروجينية، ثم انتقال إلكترونات الهيدروجين، وأخيرًا انتشار البروتونات داخل الشبكة البلورية المعدنية. أما الآلية الرئيسية الأخرى فتتضمن الاختزال الإلكتروليتي للهيدروجين المتأين على سطح الشبكة البلورية المعدنية، ويتبعه أيضًا انتشار البروتونات داخل الشبكة. وتُعزى هذه الآلية الثانية إلى التمدد الحجمي المؤقت الملحوظ في بعض الأقطاب الكهربائية المستخدمة في التجارب الإلكتروليتية.

يمتص البالاديوم ما يصل إلى 900 ضعف حجمه من الهيدروجين عند درجة حرارة الغرفة، مُكَوِّنًا هيدريد البالاديوم . وقد نُوقشت هذه المادة كوسيلة لنقل الهيدروجين لخلايا وقود المركبات . تُظهر الهيدريدات البينية إمكانات واعدة كوسيلة لتخزين الهيدروجين بأمان . وقد أظهرت دراسات حيود النيوترونات أن ذرات الهيدروجين تشغل عشوائيًا الفراغات الثمانية السطوح في الشبكة المعدنية (في الشبكة المكعبة ذات المراكز الوجهية، يوجد ثقب ثماني السطوح واحد لكل ذرة معدنية). يبلغ حد الامتصاص عند الضغوط العادية PdH0.7، مما يشير إلى أن حوالي 70% من الثقوب الثمانية السطوح مشغولة. [ 17 ]

تم تطوير العديد من الهيدريدات البينية التي تمتص الهيدروجين وتطلقه بسهولة عند درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي. وهي عادةً ما تعتمد على مركبات بين فلزية وسبائك محاليل صلبة. ومع ذلك، لا يزال استخدامها محدودًا، إذ لا تستطيع تخزين سوى حوالي 2% من وزنها من الهيدروجين، وهي نسبة غير كافية لتطبيقات السيارات. [ 18 ]

بنية [ HRu6 (CO) 18 ] − ، وهي مجموعة معدنية تحتوي على رابطة هيدريد بينية (كرة صغيرة فيروزية اللون في المركز) . [ 19 ]

معقدات هيدريد الفلزات الانتقالية

تشمل هيدريدات الفلزات الانتقالية مركبات يمكن تصنيفها كهيدريدات تساهمية . بل إن بعضها يُصنف كهيدريدات بينية ، والبعض الآخر كهيدريدات جسرية. تتميز هيدريدات الفلزات الانتقالية التقليدية برابطة أحادية بين مركز الهيدروجين والفلز الانتقالي. بعض هيدريدات الفلزات الانتقالية حمضية، مثل HCo(CO) ₄ و H₂Fe (CO) ₄ . يُعد أنيون بوتاسيوم نوناهيدريدورينات [ ReH₉ ] ²⁻ و [ FeH₆ ] ⁴⁻ مثالين من المجموعة المتنامية من هيدريدات الفلزات المتجانسة الجزيئية المعروفة . [ 20 ] وباعتبارها شبه هاليدات ، فإن روابط الهيدريد قادرة على الارتباط بمراكز الهيدروجين الموجبة الاستقطاب. هذا التفاعل، المسمى رابطة ثنائي الهيدروجين ، مشابه للرابطة الهيدروجينية ، التي توجد بين البروتونات الموجبة الاستقطاب والذرات السالبة كهربائيًا ذات الأزواج الإلكترونية الحرة.

النظائر

تُعرف الهيدريدات التي تحتوي على البروتون باسم البروتيدات، والهيدريدات التي تحتوي على الديوتيريوم باسم الديوتيريدات ، والهيدريدات التي تحتوي على التريتيوم باسم التريتيدات. بعض الديوتيريدات، مثل الليثيوم-9D ، تُعد وقودًا مهمًا للاندماج النووي في الأسلحة النووية الحرارية، ومُهدئات مفيدة في المفاعلات النووية .

مركبات الأنيونات المختلطة

توجد مركبات أنيونية مختلطة تحتوي على الهيدريد مع أنيونات أخرى. وتشمل هذه المركبات بوريد الهيدريد، والكربوهيدريد ، والهيدريدونيترايد ، والأوكسيهيدريد ، وغيرها.

ملحق حول التسمية

تُستخدم مصطلحات البروتيد والديوتيريد والتريتيد لوصف الأيونات أو المركبات التي تحتوي على الهيدروجين -1 المخصب أو الديوتيريوم أو التريتيوم ، على التوالي.

بالمعنى الكلاسيكي، يشير مصطلح الهيدريد إلى أي مركب يشكله الهيدروجين مع عناصر أخرى، ضمن المجموعات من 1 إلى 16 ( المركبات الثنائية للهيدروجين ). فيما يلي قائمة بتسميات مشتقات الهيدريد لمركبات المجموعات الرئيسية وفقًا لهذا التعريف: [ 9 ]

وفقًا للاتفاقية المذكورة أعلاه، فإن ما يلي هو "مركبات هيدروجينية" وليس "هيدريدات":

أمثلة:

جميع هيدريدات أشباه الفلزات شديدة الاشتعال. جميع هيدريدات اللافلزات الصلبة، باستثناء الجليد ، شديدة الاشتعال. لكن عندما يتحد الهيدروجين مع الهالوجينات، فإنه ينتج أحماضًا بدلًا من الهيدريدات، وهي غير قابلة للاشتعال.

اتفاقية الأسبقية

وفقًا لاتفاقية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، وبحسب الأسبقية (الكهرسلبية المُنمّطة)، يقع الهيدروجين بين عناصر المجموعتين 15 و 16 . لذا، لدينا NH₃ ، "هيدريد النيتروجين" (الأمونيا)، مقابل H₂O ، "أكسيد الهيدروجين" (الماء). يُخالف هذا الاصطلاح أحيانًا بالنسبة للبولونيوم، الذي يُشار إليه غالبًا باسم "هيدريد البولونيوم" بدلًا من "بولونيد الهيدروجين" المتوقع، نظرًا لخاصية فلزية البولونيوم.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "هيدرون (H02904)" . الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . 24 فبراير 2014. doi : 10.1351/goldbook.H02904 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 مايو 2021 .
  2. ↑ يوجد هيدريد الهيليوم على شكل أيون.
  3. ↑ النيونيوم هو أيون، كما يوجد أيضًا إكسيمر HNe .
  4. ↑ يوجد الأرجونيوم على شكل أيون.
  5. ↑ يوجد الكريبتونيوم على شكل كاتيون.
  6. 1 2 غرينوود، ن.ن.؛ إيرنشو، أ. (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). بوسطن، ماساتشوستس: باتروورث-هاينمان. ISBN  0-7506-3365-4. OCLC 48138330 . 
  7. ↑ لي، جيه دي (2008). الكيمياء غير العضوية الموجزة ( الطبعة الخامسة). وايلي. ISBN  978-81-265-1554-7.
  8. ↑ ماسي، أ. ج. (2000). كيمياء العناصر الرئيسية . الكيمياء غير العضوية. وايلي. ISBN 978-0-471-49039-5.
  9. 1 2 تسمية الكيمياء غير العضوية ("الكتاب الأحمر") (ملف PDF) . توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. 2005. الفقرة IR-6.
  10. ^ دي تشو. ديمتري ف. سيمينوك؛ ميخائيل أ. فولكوف؛ إيفان أ. ترويان؛ أليكسي يو. سيريجين. ايليا ف. تشيكاسوف؛ دينيس أ. سانيكوف؛ بافلوس ج. لاجوداكيس؛ أرتيم ر. أوجانوف؛ كونستانتين إي جيرمان (6 فبراير 2023). "توليف هيدريد التكنيتيوم TcH 1.3 عند 27 جيجا باسكال" (PDF) . المراجعة البدنية ب . 107 064102. دوى : 10.1103/PhysRevB.107.064102 .
  11. ↑ ميخائيل أ. كوزوفنيكوف؛ فاسيلي س. مينكوف؛ ستيلا شاريتون؛ فيتالي ب. براكابينكا؛ ميخائيل إ. إيريميتس (15 ديسمبر 2020). "تخليق هيدريد الأوزميوم تحت ضغط هيدروجين عالٍ" (ملف PDF) . مجلة Physical Review B. 102 214109. doi : 10.1103 /PhysRevB.102.214109 .
  12. ↑ شيلر، توماس؛ ماركيز، ميريام؛ كونوبكوفا، زوزانا؛ غيوم، كريستوف ل.؛ هاوي، روس ت.؛ غريغوريانز، يوجين (19 نوفمبر 2013). "تخليق وتوصيف ثلاثي هيدريد الإيريديوم تحت ضغط عالٍ" (ملف PDF) . مجلة Physical Review Letters . 111 (21) 215503. Bibcode : 2013PhRvL.111u5503S . doi : 10.1103/PhysRevLett.111.215503 . PMID 24313503 . 
  13. ↑ تشاتجيليالوغلو، كريسوستوموس؛ فيريري، كارلا؛ لانديس، يانيك؛ تيموخين، فيتالي إي. (2018). "ثلاثون عامًا من (TMS) 3SiH : علامة فارقة في الكيمياء التركيبية القائمة على الجذور الحرة". مراجعات كيميائية . 118 (14): 6516-6572 . doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00109 . PMID 29938502. S2CID 49413857 .  
  14. ↑ غروتشالا، فويتش؛ إدواردز، بيتر ب. (1 مارس 2004). "التحلل الحراري للهيدريدات غير البينية لتخزين وإنتاج الهيدروجين". مراجعات كيميائية . 104 (3): 1283-1316 . doi : 10.1021/cr030691s . PMID 15008624 . 
  15. ↑ لاورمان، جيرهارد؛ هاوسينجر، بيتر؛ لومولر، راينر؛ واتسون، آلان م. (2013). "الهيدروجين، 1. الخصائص والوجود". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . ص 1-15 . doi : 10.1002/14356007.a13_297.pub3 . ISBN  978-3-527-30673-2.
  16. ↑ براون، إتش سي (1975). التخليق العضوي عبر البوران . نيويورك: جون وايلي وأولاده. ISBN 0-471-11280-1.
  17. ↑ هيدريد البلاديوم
  18. ↑ زوتيل، أندرياس (2003). "مواد لتخزين الهيدروجين" . مواد اليوم . 6 (9): 24-33 . doi : 10.1016/s1369-7021(03)00922-2 .
  19. ↑ جاكسون، بيتر ف.؛ جونسون، برايان ف. ج.؛ لويس، جاك؛ رايثبي، بول ر.؛ ماكبارتلين، ماري؛ نيلسون، ويليام ج. هـ.؛ راوس، كيث د.؛ أليبون، جون؛ ماسون، ساكس أ. (1980). "تحديد الموقع المباشر لربيطة الهيدريد البينية في [HRu6(CO)18]– من خلال تحليلات الأشعة السينية والنيوترونات لـ [Ph4As][HRu6(CO)18]". مجلة الجمعية الكيميائية، الاتصالات الكيميائية (7): 295. doi : 10.1039/c39800000295 .
  20. ^ أ. ديديو (محرر) هيدريدات معدنية انتقالية 1991، وايلي-VCH، واينهايم. رقم ISBN 0-471-18768-2

فهرس

  • WM Mueller, JP Blackledge, GG Libowitz, Metal Hydrides , Academic Press, NY and London, (1968)
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بالهيدريدات على ويكيميديا ​​كومنز