En química , un hidruro es formalmente el anión de hidrógeno (H − ), un átomo de hidrógeno con dos electrones. [1] El término se aplica libremente. En un extremo, todos los compuestos que contienen átomos de H unidos covalentemente también se denominan hidruros: el agua (H 2 O) es un hidruro de oxígeno , el amoníaco es un hidruro de nitrógeno , etc. Para los químicos inorgánicos, los hidruros se refieren a compuestos e iones en los que el hidrógeno está unido covalentemente a un elemento menos electronegativo . En tales casos, el centro H tiene carácter nucleofílico, lo que contrasta con el carácter prótico de los ácidos. El anión hidruro se observa muy raramente.
Casi todos los elementos forman compuestos binarios con hidrógeno , siendo las excepciones He , [2] Ne , [3] Ar , [4] Kr , [5] Pm , Os , Ir , Rn , Fr y Ra . [6] [7] [8] [9] También se han creado moléculas exóticas como el hidruro de positronio .
Los enlaces entre el hidrógeno y los otros elementos varían desde altamente iónicos hasta algo covalentes. Algunos hidruros, por ejemplo los hidruros de boro , no se ajustan a las reglas clásicas de conteo de electrones y el enlace se describe en términos de enlaces multicéntricos, mientras que los hidruros intersticiales a menudo implican enlaces metálicos . Los hidruros pueden ser moléculas discretas , oligómeros o polímeros , sólidos iónicos , monocapas quimisorbidas , [ cita necesaria ] metales a granel (intersticiales) u otros materiales. Mientras que los hidruros reaccionan tradicionalmente como bases de Lewis o agentes reductores , algunos hidruros metálicos se comportan como donadores de átomos de hidrógeno y actúan como ácidos.
Los aniones hidruro libres existen sólo en condiciones extremas y no se utilizan para soluciones homogéneas. En cambio, muchos compuestos tienen centros de hidrógeno con carácter hidrílico.
Aparte del electruro , el ion hidruro es el anión más simple posible y consta de dos electrones y un protón . El hidrógeno tiene una afinidad electrónica relativamente baja , 72,77 kJ/mol y reacciona exotérmicamente con protones como una potente base de Lewis .
La baja afinidad electrónica del hidrógeno y la fuerza del enlace H-H ( Δ H BE = 436 kJ/mol ) significa que el ion hidruro también sería un fuerte agente reductor
Según la definición general, cada elemento de la tabla periódica (excepto algunos gases nobles ) forma uno o más hidruros. Estas sustancias se han clasificado en tres tipos principales según la naturaleza de su enlace : [6]
Si bien estas divisiones no se han utilizado universalmente, siguen siendo útiles para comprender las diferencias en los hidruros.
Estos son compuestos estequiométricos de hidrógeno. Los hidruros iónicos o salinos están compuestos por hidruros unidos a un metal electropositivo, generalmente un metal alcalino o alcalinotérreo . Los lantánidos divalentes como el europio y el iterbio forman compuestos similares a los de los metales alcalinotérreos más pesados. En estos materiales, el hidruro se considera un pseudohaluro . Los hidruros salinos son insolubles en disolventes convencionales, lo que refleja sus estructuras no moleculares. Los hidruros iónicos se utilizan como bases y, ocasionalmente, como reactivos reductores en síntesis orgánica . [12]
Los disolventes típicos para tales reacciones son los éteres . El agua y otros disolventes próticos no pueden servir como medio para los hidruros iónicos porque el ion hidruro es una base más fuerte que el hidróxido y la mayoría de los aniones hidroxilo . El gas hidrógeno se libera en una reacción ácido-base típica.
A menudo, los hidruros de metales alcalinos reaccionan con haluros metálicos. El hidruro de litio y aluminio (a menudo abreviado como LAH) surge de reacciones del hidruro de litio con cloruro de aluminio .
Según algunas definiciones, los hidruros covalentes abarcan todos los demás compuestos que contienen hidrógeno. Algunas definiciones limitan los hidruros a centros de hidrógeno que reaccionan formalmente como hidruros, es decir, que son nucleofílicos y átomos de hidrógeno unidos a centros metálicos. Estos hidruros están formados por todos los verdaderos no metales (excepto los elementos del grupo cero) y los elementos como Al, Ga, Sn, Pb, Bi, Po, etc., que normalmente son de naturaleza metálica, es decir, en esta clase se incluyen los hidruros. de elementos del bloque p. En estas sustancias, el enlace hidruro es formalmente un enlace covalente muy parecido al enlace formado por un protón en un ácido débil . Esta categoría incluye hidruros que existen como moléculas discretas, polímeros u oligómeros e hidrógeno que ha sido adsorbido químicamente en una superficie. Un segmento particularmente importante de los hidruros covalentes son los hidruros metálicos complejos , potentes hidruros solubles comúnmente utilizados en procedimientos sintéticos.
Los hidruros moleculares a menudo implican ligandos adicionales; por ejemplo, el hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL) consta de dos centros de aluminio unidos por ligandos de hidruro. Los hidruros que son solubles en disolventes comunes se utilizan ampliamente en síntesis orgánica. Particularmente comunes son el borohidruro de sodio ( NaBH 4 ) y el hidruro de litio y aluminio y reactivos impedidos como DIBAL.
Los hidruros intersticiales existen más comúnmente dentro de metales o aleaciones. Tradicionalmente se denominan "compuestos" aunque no se ajustan estrictamente a la definición de compuesto, y se parecen más a aleaciones comunes como el acero. En tales hidruros, el hidrógeno puede existir como entidades atómicas o diatómicas. El procesamiento mecánico o térmico, como doblar, golpear o recocer, puede hacer que el hidrógeno precipite de la solución mediante desgasificación. Su unión se considera generalmente metálica . Estos metales de transición en masa forman hidruros binarios intersticiales cuando se exponen al hidrógeno. Estos sistemas suelen ser no estequiométricos , con cantidades variables de átomos de hidrógeno en la red. En la ingeniería de materiales, el fenómeno de la fragilización por hidrógeno resulta de la formación de hidruros intersticiales. Los hidruros de este tipo se forman según uno de dos mecanismos principales. El primer mecanismo implica la adsorción de dihidrógeno, seguida de la escisión del enlace HH, la deslocalización de los electrones del hidrógeno y, finalmente, la difusión de los protones en la red metálica. El otro mecanismo principal implica la reducción electrolítica del hidrógeno ionizado en la superficie de la red metálica, seguida también por la difusión de los protones en la red. El segundo mecanismo es responsable de la expansión temporal del volumen observada en ciertos electrodos utilizados en experimentos electrolíticos.
El paladio absorbe hasta 900 veces su propio volumen de hidrógeno a temperatura ambiente, formando hidruro de paladio . Este material ha sido discutido como medio para transportar hidrógeno para pilas de combustible de vehículos . Los hidruros intersticiales son prometedores como forma de almacenamiento seguro de hidrógeno . Los estudios de difracción de neutrones han demostrado que los átomos de hidrógeno ocupan aleatoriamente los intersticios octaédricos en la red metálica (en una red fcc hay un agujero octaédrico por átomo de metal). El límite de absorción a presiones normales es PdH0,7, lo que indica que aproximadamente el 70% de los huecos octaédricos están ocupados. [13]
Se han desarrollado muchos hidruros intersticiales que absorben y descargan fácilmente hidrógeno a temperatura ambiente y presión atmosférica. Suelen estar basados en compuestos intermetálicos y aleaciones en solución sólida. Sin embargo, su aplicación aún es limitada, ya que son capaces de almacenar sólo alrededor del 2 por ciento en peso de hidrógeno, cifra insuficiente para aplicaciones automotrices. [14]
Los hidruros de metales de transición incluyen compuestos que pueden clasificarse como hidruros covalentes . Algunos incluso se clasifican como hidruros intersticiales [ cita necesaria ] y otros hidruros puente. Los hidruros de metales de transición clásicos presentan un enlace simple entre el centro de hidrógeno y el metal de transición. Algunos hidruros de metales de transición son ácidos, por ejemplo, HCo (CO) 4 y H2Fe (CO) 4 . Los aniones nonahidridorrenato de potasio [ReH 9 ] 2- y [FeH 6 ] 4- son ejemplos de la creciente colección de hidruros metálicos homolépticos moleculares conocidos . [16] Como pseudohaluros , los ligandos de hidruro son capaces de unirse con centros de hidrógeno polarizados positivamente. Esta interacción, llamada enlace de dihidrógeno , es similar al enlace de hidrógeno , que existe entre protones polarizados positivamente y átomos electronegativos con pares libres abiertos.
Los hidruros que contienen protio se conocen como prótidas .
Los hidruros que contienen deuterio se conocen como deuteruros . Algunos deuteruros, como el LiD , son importantes combustibles de fusión en armas termonucleares y moderadores útiles en reactores nucleares .
Los hidruros que contienen tritio se conocen como tritidas.
Existen compuestos aniónicos mixtos que contienen hidruro con otros aniones. Estos incluyen hidruros de boruro, carbohidruros , hidridonitruros , oxihidruros y otros.
Prótida , deuterida y tritida se utilizan para describir iones o compuestos que contienen hidrógeno-1 , deuterio o tritio enriquecidos , respectivamente.
En el significado clásico, hidruro se refiere a cualquier compuesto que el hidrógeno se forme con otros elementos, comprendidos en los grupos 1 a 16 (los compuestos binarios de hidrógeno ). La siguiente es una lista de la nomenclatura de los derivados hidruros de los compuestos del grupo principal según esta definición: [9]
Según la convención anterior, los siguientes son "compuestos de hidrógeno" y no "hidruros": [ cita necesaria ]
Ejemplos:
Todos los hidruros metaloides son altamente inflamables. Todos los hidruros sólidos no metálicos, excepto el hielo , son muy inflamables. Pero cuando el hidrógeno se combina con halógenos produce ácidos en lugar de hidruros, y no son inflamables.
Según la convención IUPAC , por precedencia (electronegatividad estilizada), el hidrógeno se encuentra entre los elementos del grupo 15 y 16 . Por lo tanto, tenemos NH 3 , "hidruro de nitrógeno" (amoníaco), versus H 2 O, "óxido de hidrógeno" (agua). Esta convención a veces se incumple en el caso del polonio, que debido a su metalicidad a menudo se denomina "hidruro de polonio" en lugar del esperado "polonuro de hidrógeno".
WM Mueller, JP Blackledge, GG Libowitz, Metal Hydrides , Academic Press, Nueva York y Londres, (1968)
Medios relacionados con hidruros en Wikimedia Commons
