Hüdriidid: definitsioon, tüübid ja põhiomadused

Tutvu hüdriididega: ioon-, metall- ja kovalentsed hüdriidid, nende omadused, reaktiivsus ning kasutusvaldkonnad keemias ja tehnoloogias.

Hüdriid on ühend, milles vesinik esineb sidemena teiste elementidega. Välja arvatud mõned väärisgaasid, võivad paljud perioodilisustabeli elemendid moodustada hüdriide. Hüdriidide omadused ja stabiilsus varieeruvad suurel määral sõltuvalt sideme tüübist ja osalevatest elementidest.

Peamised hüdriiditüübid

• Ioonilised (metallhüdriidid): need on aatomiliste osakeste vahel ioonse laenguga ühendid, kus vesinik esineb hüdriidioonina (H−). Nad on tavaliselt tugevalt reaktiivsed ja reagendid, mis hydrolyseeruvad vees oli vesinikku eraldades. Enamik leelismetalle ja leelismuldmetalle moodustavad ioonhüdriide (näiteks NaH, CaH2). Ioonhüdriidid toimivad sageli tugevate aluste ja reduktoritena.
• Metallilised või interstitsiaalsed hüdriidid: need omavad metallilisi omadusi — hea elektrijuhtivuse ja soojusjuhtivuse korral — sest vesinik paikneb metallvõres interstitsiaalsetel (vahelisadel) kohtadel, mitte kui täislaenguga ioon. Metallilised hüdriidid tekivad sageli perioodilisustabelis 3.–5. rühma metallidega ning neid uuritakse laialdaselt seoses vesiniku neeldumise ja vabanemisega. Mõnda neist kasutatakse akutehnoloogias, näiteks nikli metallhüdriid-akus.
• Kovalentsed (molekulaarsed) hüdriidid: vesinik jagab elektronpaari teiste elementidega ja moodustab kovalentseid sidemeid. Seda tüüpi hüdriidid on tüüpilised p-bloki elementidele. Paljud kovalentsed hüdriidid on gaasilised või lenduvad ained ning võivad olla õhus või kuumutamisel ebastabiilsed. Näited: Süsivesinikud (on süsiniku hüdriidid), ammoniaak (lämmastiku hüdriid; lämmastiku hüdriid) ja vesi (hapniku hüdriid).
• Komplekshüdriidid ja boranid: siin on vesinik seotud metalli või metallaadse raamistiku kaudu, sageli delokaliseeritud elektronpaaridega või kinetiliselt stabiilsete komplekside kujul (näiteks LiAlH4, NaBH4). Need ühendid on olulised sünteesireduktorid orgaanilises keemias.

Keemilised omadused

• Hüdriidioon (H−) on tugev reduktor ja tugev alus; ioonhüdriidid reageerivad veega ja alkoholidega, eraldades vesinikku (H2).
• Kovalentsed hüdriidid võivad olla inertsed (nt metaan) või reaktiivsed (nt vesinikfluoriid, mis on väga happekandev), sõltuvalt elemendi elektronnegatiivsusest ja molekuli struktuurist.
• Metallilistes hüdriidides toimub vesiniku difusioon metallvõres ning need ühendid võivad kandideerida vesiniku mahutamiseks ja vabastamiseks (hüdriidi neeldumine/vabanemine temperatuur- ja rõhutingimuste sõltuvus).
• Mõned hüdriidid on termiliselt ebastabiilsed ja decomposeeruvad kuumutamisel, vabastades vesinikku või fragmenteerudes teisteks ühenditeks.

Süntees ja leidumine

• Ioonhüdriide saab sageli valmistada otsese reaktsiooniga metalli ja vesiniku vahel kõrgel temperatuuril või metalli/alkali komponendi ja vesinikukandja reageerimisel.
• Komplekshüdriide valmistatakse tihti keemiliste redutseerimiste või vahetusreaktsioonide kaudu (näiteks LiAlH4 süntees ja kasutus orgaanilises keemias).
• Looduslikult leiduvad hüdriidid puhtal kujul harva; vee kujul esinev hapniku hüdriid (H2O) on aga ülivälja kujunenud ja eluks hädavajalik. Metallilised hüdriidid esinevad mõnedes mineraalides ja tehnilistes materjalides.

Rakendused

• Hüdriidid on olulised vesiniku salvestamisel ja transportimisel (metallhüdriidid kui tahked vesinikukandjad).
• Mõned hüdriidid toimivad tugevate redutseerijatena keemilises sünteesis (nt LiAlH4, NaBH4).
• Akutehnoloogias on tähtsus nikli metallhüdriid-akul ja teistes energiatihedates süsteemides.
• Ammoniaak (ammoniaak) kui lämmastiku hüdriid on suurtoodangu kemikaal ja oluline väetise ning tööstusliku sünteesi tooraine.

Ohutus ja käsitsemine

• Mõned hüdriidid on väga reaktiivsed veega või õhuga: nad võivad plahvatusohtlikult erituda vesinikku või süttida. Näiteks ioonhüdriidid reageerivad kiirelt ja eksotermiliselt veega.
• Paljud moolahüdriidid või lenduvad rasked hüdriidid (nt fosfiinid, arseeni hüdriidid) on äärmiselt mürgised ja toksilised; nendega tuleb käsitseda sobivate ventilatsiooni- ja ohutusmeetmetega.
• Hüdriidide ladustamisel jälgitakse niiskuse vältimist ja sobivaid inertseid atmosfääre (nt lämmastiku või argoni all), kui aine seda nõuab.

Üldkokkuvõttes hõlmavad hüdriidid laia valikut ühendeid, mille sidemetüüp (iooniline, kovalentne, metalliline või kompleksne) määrab nende keemilise käitumise ja rakendused. Mõistmine, kuidas vesinik interakteerub erinevate elementidega, on oluline nii fundamentaalse keemia kui ka tehnoloogiliste rakenduste jaoks.

Küsimused ja vastused

K: Mis on hüdriid?

K: Kas kõik elemendid võivad moodustada hüdriide?

K: Mis on metallilised hüdriidid?

K: Mis on interstitsiaalsed hüdriidid?

K: Mis on kovalentsed hüdriidid?

K: Millised on mõned näited hüdriidide kohta?

K: Millised on mõned hüdriidide sarnasused?

Otsing