Los compuestos binarios de hidrógeno son compuestos químicos binarios que contienen solo hidrógeno y otro elemento químico . Por convención, todos los compuestos de hidrógeno binarios se denominan hidruros incluso cuando el átomo de hidrógeno que contiene no es un anión . [1] [2] [3] [4] Estos compuestos de hidrógeno se pueden agrupar en varios tipos.
Descripción general
Los compuestos de hidrógeno binarios del grupo 1 son los hidruros iónicos (también llamados hidruros salinos) en los que el hidrógeno está unido electrostáticamente. Debido a que el hidrógeno está ubicado algo centralmente en un sentido electronegativo, es necesario que el contraión sea excepcionalmente electropositivo para que el hidruro posiblemente se describa con precisión como iónico de comportamiento verdadero. Por lo tanto, esta categoría de hidruros contiene solo unos pocos miembros.
Los hidruros del grupo 2 son hidruros covalentes poliméricos. En estos, el hidrógeno forma enlaces covalentes puente, que generalmente poseen grados mediocres de carácter iónico, lo que hace que sea difícil describirlos con precisión como covalentes o iónicos. La única excepción es el hidruro de berilio , que definitivamente tiene propiedades covalentes.
Los hidruros en los metales de transición y los lantánidos también son típicamente hidruros covalentes poliméricos. Sin embargo, por lo general solo poseen grados débiles de carácter iónico. Por lo general, estos hidruros se descomponen rápidamente en los elementos que los componen en condiciones ambientales. Los resultados consisten en matrices metálicas con concentraciones de hidrógeno disueltas, a menudo estequiométricas o cercanas, que van desde insignificantes a sustanciales. Tal sólido se puede considerar como una solución sólida y se denomina alternativamente hidruro metálico o intersticial. Estos sólidos descompuestos son identificables por su capacidad para conducir electricidad y sus propiedades magnéticas (la presencia de hidrógeno se acopla con la deslocalización de los electrones de valencia del metal) y su densidad más baja en comparación con el metal. Tanto los hidruros salinos como los hidruros covalentes poliméricos reaccionan típicamente fuertemente con agua y aire.
Es posible producir un hidruro metálico sin requerir descomposición como paso necesario. Si una muestra de metal a granel se somete a cualquiera de las numerosas técnicas de absorción de hidrógeno, las características, como el brillo y la dureza del metal, a menudo se conservan en gran medida. Los hidruros de actinoides a granel solo se conocen en esta forma. La afinidad por el hidrógeno para la mayoría de los elementos del bloque d es baja. Por lo tanto, los elementos de este bloque no forman hidruros (la brecha de hidruro ) a temperatura y presión estándar, con la notable excepción del paladio . [5] El paladio puede absorber hasta 900 veces su propio volumen de hidrógeno y, por lo tanto, se investiga activamente en el campo del almacenamiento de hidrógeno .
Los elementos del grupo 13 al 17 ( bloque p ) forman hidruros covalentes (o hidruros no metálicos ). En el grupo 12, el hidruro de zinc es un reactivo químico común, pero el hidruro de cadmio y el hidruro de mercurio son muy inestables y esotéricos. En el grupo 13 existen hidruros de boro como un monómero BH 3 altamente reactivo , como un aducto, por ejemplo, amoniaco borano o como diborano dimérico y como un grupo completo de compuestos de agrupación BH. Alane (AlH 3 ) es un polímero. El galio existe como dímero digallano . El hidruro de indio solo es estable por debajo de -90 ° C (-130 ° F). No se sabe mucho sobre el hidruro del grupo 13 final , hidruro de talio .
Debido al número total de posibles compuestos saturados binarios con carbono del tipo C n H 2n + 2 que es muy grande, existen muchos hidruros del grupo 14 . Bajando en el grupo, el número de compuestos binarios de silicio ( silanos ) es pequeño (lineal o ramificado, pero rara vez cíclico), por ejemplo, disilano y trisilano . Para el germanio, solo 5 compuestos binarios de cadena lineal se conocen como gases o líquidos volátiles. Algunos ejemplos son n-pentagermane, isopentagermane y neopentagermane. Del estaño sólo se conoce el distannane. Plumbane es un gas inestable.
Los haluros de hidrógeno , calcogenuros de hidrógeno e hidruros de pictógeno también forman compuestos con el hidrógeno, cuyos miembros más ligeros muestran muchas propiedades anómalas debido a los enlaces de hidrógeno .
Los hidruros no clásicos son aquellos en los que las moléculas de hidrógeno adicionales se coordinan como un ligando en los átomos centrales. Estos son muy inestables, pero se ha demostrado que existen algunos.
Los polihídridos o superhídridos son compuestos en los que el número de átomos de hidrógeno excede la valencia del átomo de combinación. Estos pueden ser estables solo bajo presión extrema, pero pueden ser superconductores de alta temperatura , como H 3 S, superconductores de hasta 203 K. Los polihidruros se estudian activamente con la esperanza de descubrir un superconductor a temperatura ambiente .
La tabla periódica de los hidruros binarios estables.
La estabilidad relativa de los compuestos de hidrógeno binarios y las aleaciones a temperatura y presión estándar se puede inferir de su entalpía estándar de valores de formación . [6]
H 2 0 | Él | ||||||||||||||||
LiH -91 | BeH 2 negativo | BH 3 41 | CH 4 -74,8 | NH 3 -46,8 | H 2 O -243 | HF -272 | Nordeste | ||||||||||
NaH -57 | MgH 2 -75 | AlH 3 -46 | SiH 4 31 | PH 3 5,4 | H 2 S -20,7 | HCl -93 | Arkansas | ||||||||||
KH -58 | CaH 2 -174 | ScH 2 | TiH 2 | VH | CrH | Minnesota | Fe | Co | Ni | CuH | ZnH 2 | GaH 3 | GeH 4 92 | Ceniza 3 67 | H 2 Se 30 | HBr -36,5 | Kr |
RbH -47 | SrH 2 -177 | YH 2 | ZrH 2 | NbH | Mes | Tc | Ru | Rh | PdH | Ag | CdH 2 | InH 3 | SnH 4 163 | SbH 3 146 | H 2 Te 100 | Hola 26.6 | Xe |
CsH -50 | BaH 2 -172 | HfH 2 | TaH | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | PbH 4 252 | BiH 3 247 | H 2 Po 167 | HAt positivo | Rn | |
P. | Real academia de bellas artes | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og | |
↓ | |||||||||||||||||
LaH 2 | CeH 2 | PrH 2 | NdH 2 | PmH 2 | SmH 2 | EuH 2 | GdH 2 | TbH 2 | DyH 2 | HoH 2 | ErH 2 | TmH 2 | YbH 2 | LuH 2 | |||
C.A | Th | Pensilvania | U | Notario público | Pu | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | Lr |
Hidruros covalentes | hidruros metálicos |
Hidruros iónicos | Hidruros intermedios |
No existe | No evaluado |
Hidruros moleculares
El aislamiento de hidruros moleculares monoméricos generalmente requiere condiciones extremadamente suaves, que son presión parcial y temperatura criogénica. La razón de esto es triple: en primer lugar, la mayoría de los hidruros moleculares son termodinámicamente inestables hacia la descomposición en sus elementos; en segundo lugar, muchos hidruros moleculares también son termodinámicamente inestables hacia la polimerización; y en tercer lugar, la mayoría de los hidruros moleculares también son cinéticamente inestables hacia este tipo de reacciones debido a las barreras de baja energía de activación.
La inestabilidad hacia la descomposición generalmente se atribuye a la escasa contribución de los orbitales de los elementos más pesados a los orbitales de enlace molecular. La inestabilidad hacia la polimerización es una consecuencia de la deficiencia de electrones de los monómeros con respecto a los polímeros. Los efectos relativistas juegan un papel importante en la determinación de los niveles de energía de los orbitales moleculares formados por los elementos más pesados. Como consecuencia, estos hidruros moleculares son comúnmente menos deficientes en electrones de lo esperado. Por ejemplo, basándose únicamente en su posición en la duodécima columna de la tabla periódica, se esperaría que el hidruro de mercurio (II) fuera bastante deficiente. Sin embargo, de hecho está saciado, siendo la forma monomérica mucho más favorable energéticamente que cualquier forma oligomérica.
La siguiente tabla muestra el hidruro monomérico para cada elemento que está más cerca, pero que no supera su valencia heurística. Una valencia heurística es la valencia de un elemento que obedece estrictamente las reglas de valencia de octeto, duodecteto y sexdecteto. Se puede evitar que los elementos alcancen su valencia heurística mediante diversos efectos estéricos y electrónicos. En el caso del cromo, por ejemplo, el impedimento esteárico asegura que las geometrías moleculares prismáticas octaédrica y trigonal para CrH
6son termodinámicamente inestables para reorganizarse en un isómero estructural complejo de Kubas .
Cuando está disponible, tanto la entalpía de formación para cada monómero como la entalpía de formación para el hidruro en su estado estándar se muestran (entre paréntesis) para dar una indicación aproximada de qué monómeros tienden a sufrir agregación a estados entálpicos más bajos. Por ejemplo, el hidruro de litio monomérico tiene una entalpía de formación de 139 kJ mol -1 , mientras que el hidruro de litio sólido tiene una entalpía de -91 kJ mol -1 . Esto significa que es energéticamente favorable que un mol de LiH monomérico se agregue al sólido iónico, perdiendo 230 kJ como consecuencia. La agregación puede ocurrir como una asociación química, como la polimerización, o puede ocurrir como una asociación electrostática, como la formación de enlaces de hidrógeno en el agua.
Hidruros clásicos
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 3 | 2 | 1 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H 2 0 | |||||||||||||||||
LiH [7] 139 (−91) | BeH2[8] 123 | BH3[9] 107 (41) | CH4 −75 | NUEVA HAMPSHIRE3 −46 | H2O −242 (−286) | HF −273 | |||||||||||
NaH [10] 140 (−56) | MgH2 142 (−76) | AlH3[11] 123 (−46) | SiH4 34 | PH3 5 | H2S −21 | HCl −92 | |||||||||||
KH 132 (−58) | CaH2 192 (−174) | ScH3 | TiH4 | VH 2[12] | CrH2[13] | MnH 2[14] (−12) | FeH2[15] 324 | CoH 2[dieciséis] | NIH 2[17] 168 | CuH [18] 278 (28) | ZnH2[19] 162 | GaH3[20] 151 | GeH4 92 | Ceniza3 67 | H2Se 30 | HBr −36 | |
RbH 132 (−47) | SrH 2 201 (−177) | YH 3 | ZrH 4 | NbH 4[12] | Oficial médico 6[21] | Tc | RuH 2[15] | RhH 2[22] | PdH [23] 361 | AgH [18] 288 | CdH2[19] 183 | InH3[24] 222 | SnH4 163 | SbH3 146 | H2Te 100 | Hola 27 | |
CsH 119 (−50) | Bah 2 213 (−177) | HfH 4 | TaH 4[12] | WH 6[25] 586 | ReH 4[14] | Os | Ir | PtH 2[26] | AuH [18] 295 | HgH2[27] 101 | TlH3[28] 293 | PbH4 252 | Bosnia y Herzegovina3 247 | H2Po 167 | HAt 88 | ||
P. | Real academia de bellas artes | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | ||
↓ | |||||||||||||||||
3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 2 | 3 | |||
LaH 3 | CeH 4 | PrH 3 | NdH 4 | Pm | SmH 4 | EuH 3[29] | GdH 3 | TbH 3 | DyH 4 | HoH 3 | ErH 2 | TmH | YbH 2 | LuH 3 | |||
C.A | ThH 4[30] | Pensilvania | OH4[31] | Notario público | Pu | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | Lr |
Covalente monomérico | Covalente oligomérico | ||
Covalente polimérico | Iónico | ||
Covalente polimérico deslocalizado | |||
Estructura sólida desconocida | No evaluado |
Esta tabla incluye los complejos de dihidrógeno térmicamente inestables en aras de la integridad. Al igual que en la tabla anterior, solo se muestran los complejos con la valencia más completa, ante la negligencia del complejo más estable.
Hidruros covalentes no clásicos
Un hidruro molecular puede unirse a moléculas de hidrógeno que actúan como ligando. Los complejos se denominan hidruros covalentes no clásicos. Estos complejos contienen más hidrógeno que los hidruros covalentes clásicos, pero solo son estables a temperaturas muy bajas. Pueden aislarse en una matriz de gas inerte o como gas criogénico. Otros solo se han predicho utilizando química computacional.
8 | 18 | 8 | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
LiH (H 2) 2[7] | Ser | BH 3(H 2) | ||||||||||||
N / A | MgH 2(H 2) norte[32] | AlH 3(H 2) | ||||||||||||
K | Ca [33] | ScH 3(H 2) 6[34] [35] | TiH 2(H 2) [36] | VH 2(H 2) [12] | CrH 2 (H 2 ) 2 [37] | Minnesota | FeH 2(H 2) 3[38] | CoH (H 2) | NIH 2) 4 | CuH (H 2 ) | ZnH 2(H 2) | GaH 3(H 2) | ||
Rb | Sr [33] | YH 2(H 2) 3 | Zr | NbH 4(H 2) 4[39] | Mes | Tc | RuH 2(H 2) 4[40] | RhH 3 (H 2 ) | Pd (H 2) 3 | AgH (H 2 ) | CdH (H 2) | InH 3(H 2) [41] | ||
Cs | Ba [33] | Hf | TaH 4(H 2) 4[12] | WH 4(H 2) 4[42] | Re | Os | Ir | PtH (H 2) | AuH 3(H 2) | Hg | Tl | |||
P. | Real academia de bellas artes | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | |||
↓ | ||||||||||||||
32 | 18 | |||||||||||||
LaH 2(H 2) 2 | CeH 2(H 2) | PrH 2(H 2) 2 | Dakota del Norte | Pm | Sm | UE | GdH 2(H 2) | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
C.A | ThH 4 (H 2 ) 4 [43] | Pensilvania | OH 4(H 2) 6[31] | Notario público | Pu | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | Lr |
Evaluado [¿ por quién? ] | No evaluado |
Soluciones de hidrógeno
El hidrógeno tiene una solubilidad muy variable en los elementos. Cuando la fase continua de la solución es un metal, se denomina hidruro metálico o hidruro intersticial , debido a la posición del hidrógeno dentro de la estructura cristalina del metal. En solución, el hidrógeno puede presentarse en forma atómica o molecular. Para algunos elementos, cuando el contenido de hidrógeno excede su solubilidad, el exceso precipita como un compuesto estequiométrico. La siguiente tabla muestra la solubilidad del hidrógeno en cada elemento como una relación molar a 25 ° C (77 ° F) y 100 kPa.
Él | |||||||||||||||||
LiH <1 × 10 - 4 [nb 1] [44] | Ser | B | C | norte | O | F | Nordeste | ||||||||||
NaH <8 × 10 - 7 [nb 2] [45] | MgH <0.010 [nb 3] [46] | AlH <2,5 × 10 - 8 [nb 4] [47] | Si | PAG | S | Cl | Arkansas | ||||||||||
KH << 0.01 [nb 5] [48] | CaH << 0.01 [nb 6] [49] | ScH ≥1,86 [nb 7] [50] | TiH 2,00 [nb 8] [51] | VH 1,00 [nb 9] [52] | Cr | MnH <5 × 10 - 6 [nb 10] [53] | FeH 3 × 10 - 8 [54] | Co | NIH 3 × 10 - 5 [55] | CuH <1 × 10 - 7 [nb 11] [56] | ZnH <3 × 10 - 7 [nb 12] [57] | Georgia | Ge | Como | Se | Br | Kr |
RbH << 0.01 [nb 13] [58] | Sr | YH ≥2,85 [nb 14] [59] | ZrH ≥1,70 [nb 15] [60] | NbH 1.1 [nb 16] [61] | Mes | Tc | Ru | Rh | PdH 0,724 [62] | AgH 3,84 × 10 - 14 [63] | CD | En | Sn | Sb | Te | I | Xe |
CsH << 0.01 [nb 17] [64] | Licenciado en Letras | Hf | TaH 0,79 [nb 18] [65] | W | Re | Os | Ir | Pt | AuH 3,06 × 10 - 9 [62] | HgH 5 × 10 - 7 [66] | Tl | Pb | Bi | Correos | A | Rn | |
P. | Real academia de bellas artes | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og | |
↓ | |||||||||||||||||
LaH ≥2.03 [nb 19] [67] | CeH ≥2,5 [nb 20] [68] | Pr | Dakota del Norte | Pm | SmH 3,00 [69] | UE | Di-s | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | |||
C.A | Th | Pensilvania | OH ≥3,00 [nb 21] [70] | Notario público | Pu | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | FM | Maryland | No | Lr |
Miscible | Indeterminado |
Notas
- ^ Límite superior impuesto por el diagrama de fase, tomado a 454 K.
- ^ Límite superior impuesto por el diagrama de fase, tomado a 383 K.
- ^ Límite superior impuesto por diagrama de fase, tomado a 650 K y 25 MPa.
- ^ Límite superior impuesto por el diagrama de fase, tomado a 556 K.
- ^ Límite superior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite superior impuesto por diagrama de fase, tomado a 500 K.
- ^ Límite inferior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite superior impuesto por diagrama de fase, tomado a 500 K.
- ^ Límite superior impuesto por el diagrama de fase, tomado a 1000 K.
- ^ Límite superior a 500 K.
- ^ Límite superior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite inferior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite inferior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite superior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite inferior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite inferior impuesto por diagrama de fase.
- ^ Límite inferior impuesto por diagrama de fase.
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