Кіріспе

Сутегінің басқа элементпен екілік қосылыстары. Сутегі электропозитивті элементке немесе топқа байланысқан молекула. Химияда гидрид – сутегінің анионы (H−), екі электроны бар сутегі атомы. Бұл термин кең мағынада қолданылады. Бір жағынан, ковалентті байланысқан H атомдары бар барлық қосылыстар гидридтер деп аталады: су (H2O) – оттегінің гидриді, аммиак – азоттың гидриді және т.б. Органикалық емес химиктер үшін гидридтер – сутегінің электротеріс элементке ковалентті байланысқан қосылыстары мен иондары. Мұндай жағдайларда H орталығының нуклеофильдік қасиеттері байқалады, бұл қышқылдардың протондық қасиеттеріне қайшы келеді. Гидрид анионы өте сирек кездеседі. Барлық элементтер сутегімен екілік қосылыстарды жасайды, тек He, Ne, Ar, Kr, Pm, Os, Ir, Rn, Fr және Ra ерекшеліктер құрайды. Натрий борогидриді, литий алюминий гидриді, диизобутилалюминий гидриді (DIBAL) және супергидрид сияқты гидридтер химиялық синтезде тотықтырғыш заттар ретінде жиі қолданылады. Гидрид электрофильді ортаға, әдетте қанықпаған көміртекке қосылады. Натрий гидриді және калий гидриді сияқты гидридтер органикалық синтезде күшті негіздер ретінде қолданылады. Гидрид әлсіз Брёнстед қышқылымен реакцияласып, H2 бөліп шығарады. Кальций гидриді сияқты гидридтер кептіргіш заттар ретінде, яғни органикалық еріткіштерден судың іздерін жою үшін қолданылады. Гидрид сумен реакцияласып, сутек пен гидроксид тұзын түзетіп шығарады. Күрішкен еріткішті содан кейін дистилляциялауға немесе «еріткіш ыдысынан» вакуум арқылы ауыстыруға болады. Гидридтер аккумулятор технологияларында маңызды, мысалы, никель-металл гидридті аккумуляторы. Әртүрлі металл гидридтері отын элементтерімен жұмыс істейтін электрлік көліктерде сутекті сақтау құралы ретінде және сутек экономикасының басқа да мақсатты аспектілері үшін зерттелді. Гидрид кешендері – әртүрлі гомогенді және гетерогенді катализдік циклдардағы катализаторлар және катализдік аралықтар. Маңызды мысалдарға гидрогенизациялау, гидроформализациялау, гидросиллациялау, гидродесульфуризациялау катализаторлары жатады. Тіпті кейбір ферменттер, гидрогеназалар, гидрид аралықтары арқылы жұмыс істейді. Энергия тасымалдаушы никотинамид аденин динуклеотиді гидрид доноры немесе гидрид эквиваленті ретінде әрекет етеді.

Ковалентті гидридтер

Кейбір анықтамаларға сәйкес, ковалентті гидридтер сутегін құрайтын барлық басқа қосылыстарды қамтиды. Ал кейбір анықтамалар гидридтерді формальды түрде гидрид ретінде реакцияға түсетін, яғни нуклеофилді, және сутек атомдары металл орталықтарына байланысқан сутек орталықтарымен шектейді. Бұл гидридтер барлық нағыз металл емес элементтерден (нөлдік топ элементтерінен басқа) және әдетте металдық қасиеттері бар Al, Ga, Sn, Pb, Bi, Po және т.б. элементтерден түзіледі, яғни бұл сыныпқа p-блок элементтерінің гидридтері кіреді. Бұл заттардағы гидридтік байланыс формальды түрде ковалентті байланыс болып табылады, ол әлсіз қышқылдағы протонның байланысына ұқсас. Бұл санатқа дискретті молекулалар, полимерлер немесе олигомерлер түріндегі гидридтер, сондай-ақ бетке химиялық түрде адсорбцияланған сутек кіреді. Ковалентті гидридтердің маңызды бір бөлігі – күрделі металл гидридтері, олар синтетикалық процедураларда жиі қолданылатын қуатты, ерігіш гидридтер. Молекулалық гидридтер көбінесе қосымша лигандтарды қамтиды; мысалы, диизобутилалюминий гидриді (DIBAL) гидрид лигандтарымен байланысқан екі алюминий орталығынан тұрады. Жалпы еритінділерде еритін гидридтер органикалық синтезде кеңінен қолданылады. Ең көп қолданылатындары – натрий борогидриді (NaBH4) және литий алюминий гидриді, сондай-ақ DIBAL сияқты кедергілі реагенттер.

Металл гидридтері немесе интерстициалдық гидридтері

Интерстициалдық гидридтер көбінесе металдар мен қорытпаларда кездеседі. Олар дәстүрлі түрде "қосылыстар" деп аталады, бірақ олар қосылыстың нақты анықтамасына толық сәйкес келмейді, көбінесе болат сияқты кең таралған қорытпаларға ұқсайды. Мұндай гидридтерде сутек атомдық немесе димолекулалық түрінде болуы мүмкін. Механикалық немесе термиялық өңдеу, мысалы, иілу, соғу немесе қайта кристалдандыру (annealing), газ шығару арқылы сутектің ерітіндіден түнуына себеп болуы мүмкін. Олардың байланысы көбінесе металдық деп есептеледі. Мұндай көлемдік өткіш металдар сутекке ұшырағанда интерстициалдық екілік гидридтер түзеді. Бұл жүйелер әдетте стехиометриялық емес, тордағы сутек атомдарының мөлшері өзгеріп отырады. Материалтануда, сутектің әсерінен материалдың қатайып, сынуы (hydrogen embrittlement) интерстициалдық гидридтердің пайда болуынан туындайды. Осы типтегі гидридтер екі негізгі механизмнің бірі бойынша қалыптасады. Бірінші механизм дигидрогеннің адсорбциялануын, одан кейін H-H байланысының үзілуін, сутек электрондарының делокализациялануын және соңында протондардың металл торына диффузиялануын қамтиды. Екінші негізгі механизм металл тор бетінде иондалған сутектің электролиттік тотығуынан (reduction) тұрады, одан кейін протондардың торға диффузиялануы жүреді. Екінші механизм электролиттік тәжірибелерде қолданылатын кейбір электродтардың уақытша көлемдік кеңеюіне жауап береді. Палладий бөлме температурасында өзінің көлемінен 900 есеге дейін сутекті сіңіріп, палладий гидридін құрайды. Бұл материал көліктік отын жасушалары үшін сутекті тасымалдау құралы ретінде қарастырылған. Интерстициалдық гидридтер сутекті қауіпсіз сақтаудың перспективалы тәсілі болып табылады. Нейтрон дифракциясының зерттеулері сутек атомдарының металл тордағы октаэдрлік кеңістіктерді кездейсоқ түрде толтыратынын көрсетті (fcc торында әр металл атомына бір октаэдрлік кеңістік сәйкес келеді). Қалыпты қысымда сіңіру лимиті PdH0.7 құрайды, яғни октаэдрлік кеңістіктердің шамамен 70% толтырылған. Көптеген интерстициалдық гидридтер бөлме температурасында және атмосфералық қысымда сутекті оңай сіңіріп, десорбциялай алады. Олар көбінесе металл аралық қосылыстар мен қатты ерітінді қорытпалары негізінде жасалады. Дегенмен, олардың қолданылуы әлі де шектеулі, себебі олар сутектің салмағының шамамен 2% ғана сақтай алады, бұл автомобильдік қолдану үшін жеткіліксіз.

Өтпелі металл гидридтер кешендері

Өтпелі металл гидридтері ковалентті гидридтер ретінде жіктелетін қосылыстарды қамтиды. Кейбіреулері тіпті интерстициалдық гидридтер және басқа көпірлі гидридтер ретінде жіктеледі. Классикалық өтпелі металл гидридтері сутек центрі мен өтпелі металл арасындағы бір байланысқа ие. Кейбір өтпелі металл гидридтері қышқылды болады, мысалы, |HCo(CO)4 және |H2Fe(CO)4. Калий нонагидридоренатаның аниондары |[ReH9](2-) және |[FeH6](4-) молекулалық гомолептикалық металл гидридтерінің кеңейіп келе жатқан жинағының мысалдары болып табылады. Гидрид лигандтары псевдогалогендер ретінде оң поляризацияланған сутек центрлерімен байланысуға қабілетті. Бұл өзара әрекеттесу, дигидрогендік байланыс деп аталады, оң поляризацияланған протондар мен ашық электрон жұптары бар электротерiс атомдар арасындағы сутектік байланысқа ұқсас.

Протидтер

Протийді қамтитын гидридтер протидтер деп аталады.

Деутеридтер

Деутерийді қамтитын гидридтер деутеридтер деп аталады. Кейбір деутеридтер, мысалы, LiD, термоядролық қарулардағы маңызды қосылғыш отын және ядролық реакторлардағы тиімді баяулағыштар болып табылады.

Тритидтер

Тритийді қамтитын гидридтер тритидтер деп аталады.

Анионды қоспалар

Аралас анионды қосылыстар бар, олар гидридті басқа аниондармен бірге қамтиды. Оларға борид гидридтері, карбогидридтер, гидридонитридтер, оксигидридтер және тағы да басқалары жатады.

Басымдық туралы келісім

IUPAC конвенциясына сәйкес, басымдық бойынша (стильді электронегативтілік), сутек 15-ші топ пен 16-шы топ элементтерінің арасында орналасады. Сондықтан, бізде NH3, "азот гидриді" (аммиак) және H2O, "сутек оксиді" (су) болады. Бұл конвенция кейде полонийға қатысты бұзылады, оның металдық қасиеттеріне байланысты, күтілетін "сутек полониді" емес, "полоний гидриді" деп аталады.