Соединения со степенью окисления водорода —1. В зависимости от природы связанного с ним элемента атомы водорода в соединениях могут быть поляризованы положительно (степень окисления 1) или отрицательно (степень окисления —1):
Кроме того, имеется группа соединений, в которых связь Э — Н близка к неполярной. Эти соединения в соответствующих условиях можно рассматривать и как производные Н+, и как производные Н-.
В тех случаях, когда водород выступает в качестве окислителя, он ведет себя как галоген, образуя аналогичные галидам гидриды. Однако образование иона Н- из молекулы Н2 — процесс эндотермический (энтальпия образования Н- составляет + 150,5 кДж/моль):
Поэтому по окислительной активности водород существенно уступает галогенам. По этой же причине ясно выраженный ионный характер проявляют лишь гидриды наиболее активных металлов — щелочных и щелочноземельных, например КН и СаН2.
Соединения водорода (I). Положительная поляризация атомов водорода наблюдается в его многочисленных соединениях с ковалентной связью: при обычных условиях это газы (НС1, H2S, H3N), жидкости (Н2О, HF, HNO3), твердые вещества (Н3РО4, H2Si03). Свойства этих соединений сильно зависят от природы элемента, с которым непосредственно связан водород. В частности, для соединений, содержащих связи F — Н, О — Н и N — Н, особо характерна водородная связь. Вследствие этого HF, H2O и H3N проявляют аномально высокие температуры плавления и кипения по сравнению с однотипными бинарными соединениями водорода, образованными остальными элементами данной группы.
Вследствие способности образовывать водородные связи и вступать в донорно-акцепторное взаимодействие жидкие HF, Н2О и Н3N являются хорошими ионизирующими растворителями.
Металлические соединения водорода. Металлическими свойствами обладают водородные соединения d- и f-элементов. Эти соединения получаются в виде металлоподобных темных порошков или хрупкой массы, их электрическая проводимость и теплопроводность типичны для металлов. Это гидриды нестехиометрического состава. Идеализированный состав металлических гидридов чаще всего отвечает формулам МН (VH, NbH, TaH), MH2 (TiH2, ZrH2, ScH2) и МН3 (UHS, PaH3).
О характере связи в гидридах d- и f -элементов существуют две теории. В соответствии с одной из них водород входит в решетку в виде иона Н+, а свой электрон отдает в зону проводимости металлической структуры. Согласно другой теории атомы водорода берут электроны из зоны проводимости и находятся в кристаллической решетке гидрида в виде гидрид-ионов Н-. Можно думать, что в периодической системе от I к V группе имеет место постепенный переход от ионных гидридов (типа солей) к гидридам, в которых водород находится в виде Н+.
Гидриды образуются из простых веществ с понижением энтропии, так как исходные вещества твердое и газообразное, а конечный продукт твердый. Поэтому синтезом из водорода и металла можно получить только те соединения, образование которых сопровождается выделением большого количества теплоты. В противном случае гидриды d- и f-элементов можно получить лишь косвенным путем.
Металлические гидриды используются как восстановители для получения покрытия из соответствующего металла, а также для получения металлов в виде порошков. В последнем случае металл, например Ti или V, насыщают водородом, образовавшийся хрупкий гидрид растирают в порошок и нагревают в вакууме, в результате чего получают порошок металла. Вследствие пластичности чистых металлов получить их порошки простым растиранием металлов не удается. Гидриды используют также в реакциях гидрирования, синтеза многих соединений d- и f-элементов. Гидрид титана представляет интерес в качестве «хранилища» водорода.
Do'stlaringiz bilan baham: |