氢化物是氢与其他元素形成的 二元化合物 。但一般科学技术工作中总是把氢同金属的二元化合物称氢化物,而把氢同非金属的二元化合物称某化氢。在周期表中,除稀有气体外的元素几乎都可以和氢形成氢化物,大体分为离子型、共价型和过渡型3类,它们的性质各不相同。
盐型
离子型氢化物 也称盐型氢化物。是氢和 碱金属 、 碱土金属 中的钙、 、 、镭所形成的二元化合物。其固体为 离子晶体 ,如 氢化钠 、BaH2等。这些元素的 电负性 都比氢的电负性小。在这类氢化物中,氢以H-形式存在,熔融态能导电, 电解 时在 阳极 放出 氢气 ,故该方法又称金属储氢法。离子型氢化物中氢的 氧化数 为-1,具有强烈失 电子 趋势,是很强的 还原剂 ,在 水溶液 中与水强烈反应放出氢气,使溶液呈强碱性,如:
CaH2 +2H2O→ 氢氧化钙 +2H2↑
在高温下还原性更强,如:
NaH+2CO→HCOONa+C
2CaH2+ PbS O4 →PbS+2Ca(OH)2
2LiH+ TiO2 →Ti+2 氢氧化锂
离子型氢化物 可由金属与氢气在不同条件下直接合成制得。除用做还原剂外,还用做 干燥剂 、脱水剂、 氢气 发生剂,1kg 氢化锂 在标准状态下同水反应可以产生2.8m3的氢气。在非水 溶剂 中与+Ⅲ 氧化数 的B(Ⅲ),Al(Ⅲ)等生成广泛用于 有机合成 和 无机化合物 合成的 复合氢化物 ,如 氢化铝锂 :
4LiH+ 氯化铝 →LiAlH4+3LiCl
共价型
共价型氢化物 也称分子型氢化物。由氢和ⅢA~ⅦA族元素所形成。其中与ⅢA族元素形成的氢化物是 缺电子化合物 和聚合型氢化物,如 乙硼烷 B2H6 , 氢化铝 ( AlH3 )n等。各共价型 氢化 物热稳定性相差十分悬殊,氢化铅PbH4, 铋化氢 BiH3在室温下强烈分解, 氟化氢 ,水受热到1000℃时也几乎不分解。共价型氢化物也有还原性,因氢的 氧化数 为+1,其还原性大小取决于另一元素R-n失 电子 能力。一般说,同一族从上至下还原性增强,同一周期从左至右还原性减弱,例如:
4NH3+5O2→4NO+6H2O
2 H2S +3O2→2 二氧化硫 +2H2O
共价型氢化物 在水中的行为较为复杂。常见为:
形成 强酸 的:HCl, HBr ,HI;
形成碱的:NH3;
与水不作用的: CH4 ,PH3,AsH3,GeH4,SnH4,SbH3。
氢化物RHn给出 质子 的能力一般与R的 电负性 、半径有关。同一周期从左至右酸性随R的电负性增大而增强;同一族,从上至下,酸性增强主要由R的半径相应增大决定。酸碱性强弱由氢化物在水中 电离 出H+质子的 热化学 热力学循环 中总能量效应决定。
过渡型
过渡型氢化物也称金属型氢化物。是除上述两类外,其余元素与氢形成的 二元化合物 ,这类 氢化 物组成不符合正常 化合价 规律,如, 氢化镧 LaH2.76,氢化 CeH2.69,氢化钯Pd2H等。它们晶格中金属 原子 的排列基本上保持不变,只是相邻原子间距离稍有增加。因氢原子占据金属晶格中的空隙位置,也称间充型氢化物。过渡型氢化物的形成与金属本性、温度以及 氢气 分压有关。它们的性质与母体金属性质非常相似,并具有明显的强还原性。一般热稳定性差,受热后易放出氢气。氢气作为未来很有希望的能源,要解决的中心问题是如何储存。一些金属或合金是储氢的好材料。钯、钯合金及 都是强吸氢材料,但价格昂贵。最受人们注意的是 -5LaNi5(吸氢后为LaNi5H6),它是一种储氢的好材料。容量为7L的小钢瓶内装镧镍-5所能盛的氢气(304kPa),相当于容量为40L的15000kPa高压氢气钢瓶所容纳的氢气(重量相当),只要略微加热,LaNi5H6即可把储存的全部氢气释放出来。除镧镍-5外,La-Ni-Cu, 锆 Al- Ni, Ti- Fe等吸氢材料也正在研究中。研究中国的丰产元素,尤其是 稀土 金属及其合金的吸氢作用有着更重要的意义。
既 碱金属 的氢化物。当碱金属跟 氢气 发生反应时,就生成碱金属的氢化物,它们都是 离子化合物 ,其中氢以 阴离子 H-的形式存在,如 氢化钠 ( NaH ), 氢化钾 (KH)等。右图自左向右,分别为 离子型氢化物 、金属型氢化物、过渡型氢化物、 共价型氢化物 。
沸点
氢化物 沸点 氢化物 沸点 氢化物 沸点
SIH4 —112℃ 砷化氢 —55℃ HF +20℃
SNH4 —52℃ HI —36℃ HCL —85℃
NH3 —33℃ H20 +100℃ HBR —67℃