Сполуки

Бінарні сполуки. У реакціях з найактивнішими металами молекулярний водень поводить себе як окисник, відновлюючись, приєднує електрон і перетворюється на негативно заряджений гідрид-іон Н^-, який разом із катіоном металу утворює кристалічну іонну солеподібну сполуку. Слід зазначити, що окиснювальна функція для водню малохарактерна. Гідриди металів утворюються під час нагрівання реагентів:

2Lі + Н₂ ® 2LiН;

Са + Н₂ ® СаН₂.

Найстійкішим до нагрівання в інертному середовищі серед гідридів лужних металів є LіН.

Для s-елементів другої групи періодичної системи не спостерігається закономірної зміни стійкості гідридів. Від берилію до кальцію їх стійкість наростає, а далі зменшується у напрям­ку до барію. Взагалі ж гідриди порівняно легко розщеплюються під час нагрівання на метал і водень:

2NаН = 2Nа + Н₂.

Гідрид-іон H^- порівняно з атомом Н водню має дуже великі розміри, його іонний радіус (136 пм) перевищує іонний радіус фтору (133 пм). Електронна пара гідрид-іона в гідридах металів слабко стабілізована і легко руйнується, але інколи вона може брати участь в утворенні донорно-акцепторного зв' язку, наприклад:

LіН + А1Н₃ = Li[AlH₄];

2NаН + В₂Н₆ = 2Nа[ВН₄].

Добуті комплексні гідриди також нестійкі. Гідрид Li[А1Н₄] широко застосовують в органічній хімії як один з найактивніших гідрувальних агентів.

Гідриди надзвичайно чутливі до вологи і швидко руйнуються за її наявності. Це зумовлено дуже сильно вираженими відновними властивостями гідрид-іонів. За величиною стандартного електродного потенціалу (DЕ =-2,34 В) гідрид-іон розміщений серед таких найактивніших відновників, як лужні та лужноземельні метали, тому гідриди легко взаємодіють із водою:

LiН + Н₂О = LiОН + Н₂.

Ще легше, з вибухом, вони взаємодіють із кислотами.

Деякі з гідридів займаються на повітрі: МgН₂ + О₂ = МgО + Н₂О.

Найхарактернішими для водню є відновні властивості. Вони виявляються переважно відносно металів і деяких оксидів.

Молекулярний водень за звичайних умов малоактивний. Лише зі фтором за будь-яких умов він взаємодіє з вибухом.

Цікаво, що швидкість реакції взаємодії фтору з воднем значною мірою залежить від матеріалу, з якого виготовлена посудина, де відбувається реакція. У магнієвій посудині на холоді й у темряві водень і фтор не взаємодіють.

Із хлором водень взаємодіє при освітленні, з киснем - у разі нагрівання. Він реагує також із бромом, сіркою, йодом, селеном і телуром. З азотом водень реагує лише за нагрівання, високого тиску і наявності каталізатора з утворенням аміаку. Аналогічно він реагує і з вуглецем з утворенням вуглеводнів. Безліч найрізноманітніших органічних сполук утворюється під час взаємодії водню з оксидом вуглецю (II). У цьому разі утворення певної сполуки залежить від умов перебігу реакції.

У водному розчині відновні властивості газоподібного молекулярного водню виражені слабко. Саме тому його легко очистити від домішок газів (Н₂S, РН₃, АsН₃) пропусканням крізь підкислені розчини перманганату або дихромату калію.

Відновні властивості атомарного водню або водню в момент виділення виражені значно сильніше. Вже за звичайної температури він відновлює деякі оксиди (СuО, РbО, НgО, Аg₂О, Ві₂О₃), сульфіди та галогеніди. Такий водень утворюється під час пропускання газоподібного молекулярного водню крізь електричну дугу, виділяється з розчинів на поверхні металів у разі взаємодії їх з кислотами або амальгами натрію з водою, а також на катоді під час електролізу водних розчинів електролітів. Атомарний водень може існувати дуже короткий час (0,3-0,5 с), але й цього часу достатньо, щоб взаємодія з реагентом відбулася. Так, якщо в розчин сірчаної кислоти вмістити кілька шматочків металічного цинку, а потім додати розчин перманганату калію, то активний атомарний водень відновлюватиме перманганат, і розчин швидко знебарвиться. Водночас пропускання молекулярного водню крізь підкислений розчин перманганату калію не призводить до відновлення останнього, тому колір розчину не змінюється.

Взагалі хімічна активність атомарного водню настільки висока, що він здатний взаємодіяти із сіркою та азотом уже за звичайної температури.

Швидкість реакцій, що відбуваються за участю водню визначається його станом. Наприклад, процес взаємодії оксиду міді(ІІ) СuО з атомарним воднем відбувається з великою швидкістю за звичайних умов, а з молекулярним воднем за аналогічних умов ця реакція йде надзвичайно повільно, достатню швидкість вона має лише в разі нагрівання.

Умовно водневі сполуки елементів поділяють на наведені нижче групи.

Гідриди сольової природи тверді, утворюються найактивнішими металами (лужними, лужноземельними, лантаноїдами) під час безпосередньої взаємодії з воднем. Вони легко руйнуються водою з виділенням водню й утворенням лугу.

Полімерні гідриди (наприклад, (АlН₃)_x, (ВеН₂)_х, (GаН₃)_х та ін.) у разі безпосередньої взаємодії елементів не утворюються, їх можна добути лише непрямим шляхом. Вони бувають твердими (наприклад, (А1Н₃)_Х, (ZnН₂)₄, (GаН₃)_x та ін.) і рідкими (Gа₂Н₆). Водою вони руйнуються з виділенням водню та осаду гідроксиду, а також здатні до утворення гідридних комплексів.

Гідриди d-елементів тверді, металоподібні, часто не мають певного стехіометричного складу (NbН, ТіН_1-2), водою не розкладаються.

Водневі сполуки бору і р-елементів IV групи леткі, утворюються лише непрямим шляхом. Сполуки вуглецю водою не розкладаються, відщеплюють водень тільки за високої температури. Бінарні водневі сполуки з рештою елементів цієї групи розкладаються водою подібно до полімерних гідридів.

Водневі сполуки р-елементгв V групи леткі, їх можна добути переважно непрямим шляхом. Ці сполуки, а також їхні органічні похідні з кислотами утворюють солі типу амонійних.

Водневі сполуки р-елементгв VI та VII груп леткі, утворюються під час безпосередньої взаємодії елементів, їхні водні розчини є кислотами.

Спільним для всіх типів водневих сполук є зменшення термічної стійкості аналогічних за складом речовин у групі згори вниз. У цьому самому напрямку зменшується стійкість до води і зростає їхня відновна здатність.