Введение
двойные соединения водорода с другим элементом. Молекула с водородом, связанным с более электроположительным элементом или группой. В химии гидрид формально является анионом водорода (H−), атомом водорода с двумя электронами. Термин применяется в широком смысле. В одном из крайних случаев все соединения, содержащие ковалентно связанные атомы H, также называют гидридами: вода (H2O) является гидридом кислорода, аммиак — гидридом азота и т. д. Для неорганических химиков гидриды относятся к соединениям и ионам, в которых водород ковалентно присоединен к менее электроотрицательному элементу. В таких случаях H-центр проявляет нуклеофильные свойства, что контрастирует с протонными свойствами кислот. Гидридный анион наблюдается крайне редко. Почти все элементы образуют бинарные соединения с водородом, за исключением He, Ne, Ar, Kr, Pm, Os, Ir, Rn, Fr и Ra. Гидриды, такие как боргидрид натрия, гидрид лития-алюминия, гидрид диизобутилалюминия (DIBAL) и супергидрид, обычно используются в качестве восстановителей в химическом синтезе. Гидрид присоединяется к электрофильному центру, как правило, к ненасыщенному углероду. Гидриды, такие как гидрид натрия и гидрид калия, используются в качестве сильных оснований в органическом синтезе. Гидрид реагирует со слабой кислотой Брёнстеда, высвобождая H2. Гидриды, такие как гидрид кальция, используются в качестве осушителей, то есть сушильных агентов, для удаления следов воды из органических растворителей. Гидрид реагирует с водой, образуя водород и гидроксидную соль. Затем сухой растворитель можно дистиллировать или переносить под вакуумом из "емкости с растворителем". Гидриды играют важную роль в технологиях аккумуляторных батарей, таких как никель-металлгидридные батареи. Различные гидриды металлов изучались для использования в качестве средства хранения водорода для электромобилей на топливных элементах и других аспектов водородной экономики. Гидридные комплексы являются катализаторами и каталитическими интермедиатами в различных гомогенных и гетерогенных каталитических циклах. Важными примерами являются гидрогенизация, гидроформилирование, гидросилилирование, катализаторы гидродесульфуризации. Даже некоторые ферменты, гидрогеназы, функционируют через гидридные интермедиаты. Энергетический переносчик никотинамидадениндинуклеотид выступает в качестве донора гидрида или его эквивалента.
In chemistry, a hydride is formally the anion of hydrogen (H−), a hydrogen atom with two electrons. The term is applied loosely. At one extreme, all compounds containing covalently bound H atoms are also called hydrides: water (H2O) is a hydride of oxygen, ammonia is a hydride of nitrogen, etc. For inorganic chemists, hydrides refer to compounds and ions in which hydrogen is covalently attached to a less electronegative element. In such cases, the H centre has nucleophilic character, which contrasts with the protic character of acids. The hydride anion is very rarely observed. Almost all of the elements form binary compounds with hydrogen, the exceptions being He, Ne, Ar, Kr, Pm, Os, Ir, Rn, Fr, and Ra.]] Hydrides such as sodium borohydride, lithium aluminium hydride, diisobutylaluminium hydride (DIBAL) and super hydride, are commonly used as reducing agents in chemical synthesis. The hydride adds to an electrophilic center, typically unsaturated carbon. Hydrides such as sodium hydride and potassium hydride are used as strong bases in organic synthesis. The hydride reacts with the weak Bronsted acid releasing H2. Hydrides such as calcium hydride are used as desiccants, i. e. drying agents, to remove trace water from organic solvents. The hydride reacts with water forming hydrogen and hydroxide salt. The dry solvent can then be distilled or vacuum transferred from the "solvent pot". Hydrides are important in storage battery technologies such as nickel metal hydride battery. Various metal hydrides have been examined for use as a means of hydrogen storage for fuel cell powered electric cars and other purposed aspects of a hydrogen economy. Hydride complexes are catalysts and catalytic intermediates in a variety of homogeneous and heterogeneous catalytic cycles. Important examples include hydrogenation, hydroformylation, hydrosilylation, hydrodesulfurization catalysts. Even certain enzymes, the hydrogenase, operate via hydride intermediates. The energy carrier nicotinamide adenine dinucleotide reacts as a hydride donor or hydride equivalent.
Ковалентные гидриды
Согласно некоторым определениям, ковалентные гидриды охватывают все остальные соединения, содержащие водород. Другие определения ограничивают гидриды водородными центрами, которые формально реагируют как гидриды, то есть проявляют нуклеофильные свойства, а также атомами водорода, связанными с металлическими центрами. Эти гидриды образуются всеми истинными неметаллами (за исключением элементов нулевой группы) и элементами, такими как Al, Ga, Sn, Pb, Bi, Po и т.д., которые обычно обладают металлическими свойствами, то есть этот класс включает гидриды p-блока элементов. В этих веществах гидридная связь формально является ковалентной связью, аналогичной связи, образуемой протоном в слабой кислоте. Эта категория включает гидриды, существующие в виде отдельных молекул, полимеров или олигомеров, а также водород, химически адсорбированный на поверхности. Особенно важным сегментом ковалентных гидридов являются комплексные гидриды металлов – мощные растворимые гидриды, широко используемые в синтетических процедурах. Молекулярные гидриды часто содержат дополнительные лиганды; например, диизобутилалюминийгидрид (DIBAL) состоит из двух алюминиевых центров, связанных гидридными лигандами. Гидриды, растворимые в обычных растворителях, широко применяются в органическом синтезе. Особенно распространены боргидрид натрия (NaBH₄) и гидрид лития-алюминия, а также стерически затруднённые реагенты, такие как DIBAL.
Металловодороды
Интерстициальные гидриды наиболее часто встречаются в металлах или сплавах. Они традиционно называются "соединениями", хотя и не строго соответствуют определению соединения, а скорее напоминают обычные сплавы, такие как сталь. В таких гидридах водород может существовать как в виде отдельных атомов, так и в виде двухатомных молекул. Механическая или термическая обработка, например, изгиб, удар или отжиг, может привести к выделению водорода из раствора посредством дегазации. Связь в них обычно носит металлический характер. Такие переходные металлы образуют интерстициальные бинарные гидриды при контакте с водородом. Эти системы обычно не стехиометричны и содержат переменное количество атомов водорода в кристаллической решетке. В материаловедении явление водородного охрупчивания связано с образованием интерстициальных гидридов. Гидриды этого типа формируются по одному из двух основных механизмов. Первый механизм включает адсорбцию диводорода, за которой следует разрыв связи H-H, делокализация электронов водорода и, наконец, диффузия протонов в металлическую решетку. Другой основной механизм заключается в электролитическом восстановлении ионизированного водорода на поверхности металлической решетки, также сопровождающемся диффузией протонов в решетку. Второй механизм объясняет наблюдаемое временное увеличение объема некоторых электродов, используемых в электролитических экспериментах. Палладий поглощает до 900 объемов водорода по отношению к своему собственному объему при комнатной температуре, образуя гидрид палладия. Этот материал рассматривается как способ транспортировки водорода для топливных элементов транспортных средств. Интерстициальные гидриды представляются перспективным способом безопасного хранения водорода. Исследования методом нейтронной дифракции показали, что атомы водорода случайным образом занимают октаэдрические пустоты в металлической решетке (в гранецентрированной кубической решетке на каждый атом металла приходится одна октаэдрическая пустота). Предел поглощения при нормальном давлении составляет PdH0,7, что указывает на то, что около 70% октаэдрических пустот заняты. Разработано множество интерстициальных гидридов, которые легко поглощают и выделяют водород при комнатной температуре и атмосферном давлении. Обычно они основаны на интерметаллических соединениях и сплавах твердых растворов. Однако их применение пока ограничено, поскольку они способны хранить лишь около 2 мас. % водорода, что недостаточно для автомобильной промышленности.
Гидридные комплексы переходных металлов
Гидриды переходных металлов включают соединения, которые можно классифицировать как ковалентные гидриды. Некоторые из них даже классифицируются как интерстициальные гидриды и другие – как гидриды с мостиковой связью. Классический гидрид переходного металла характеризуется одинарной связью между центром водорода и переходным металлом. Некоторые гидриды переходных металлов проявляют кислотные свойства, например, HCo(CO)4 и H2Fe(CO)4. Анионы калия нонагидридорената(II) [ReH9]²⁻ и гексагидридоферрата(IV) [FeH6]⁴⁻ являются примерами из постоянно расширяющегося ряда известных молекулярных гомолептических гидридов металлов. Как псевдогалогениды, гидридные лиганды способны образовывать связи с положительно поляризованными центрами водорода. Это взаимодействие, называемое дигидрогеновой связью, аналогично водородной связи, существующей между положительно поляризованными протонами и электроотрицательными атомами, имеющими неподеленные электронные пары.
Протиды
Гидриды, содержащие протий, известны как протиды.
Деутериды
Гидриды, содержащие дейтерий, известны как дейтериды. Некоторые дейтериды, такие как LiD, являются важным топливом для термоядерного синтеза в термоядерном оружии и полезными замедлителями в ядерных реакторах.
Тритиды
Гидриды, содержащие тритий, известны как тритиды.
Смешанные анионные соединения
Существуют смешанные анионные соединения, содержащие гидрид вместе с другими анионами. К ним относятся бориды гидридов, карбогидриды, гидридонитриды, оксигидриды и другие.
Конвенция о приоритете
Согласно конвенции IUPAC, по приоритету (стилизованной электроотрицательности), водород располагается между элементами 15-й и 16-й групп. Следовательно, мы имеем NH3, "гидрид азота" (аммиак), в отличие от H2O, "оксид водорода" (вода). Эта конвенция иногда не соблюдается для полония, который, учитывая его металлические свойства, часто называют "гидридом полония", а не ожидаемым "полонидом водорода".