Бинарные соединения водорода с другими элементами называются гидридами. В зависимости от характера связи между атомами они бывают ионными, металлическими и ковалентными.
Ионные гидриды - это соединения водорода с щелочными, щёлочноземельными металлами и алюминием, вещества белого цвета, которые разлагаются при нагревании на металл и водород без плавления:
2NaH = 2Na + H2
Исключения - гидрид лития и гидрид кальция, которые плавятся без разложения и даже можно провести электролиз этих расплавов и получить на аноде газообразный водород (!). Подробно об этом я писала здесь.
Ионные гидриды способны на:
- гидролиз, который в данном случае является окислительно-восстановительным процессом - конпропорционированием (конмутацией): CaH2 + 2H2О = Ca (OH)2 + 2Н2;
- на взаимодействие с основными оксидами, в котором интересно восстановление сразу двух металлов: ZnO + AlH3 = Zn + Al + H2O;
- и на замещение с азотом, где смысл ОВР понятен, но сам факт - исключительно для запоминания: 3CaH2 + N2 = 3H2 + Ca3N2.
Металлические гидриды - это соединения водорода со всеми остальными металлами - вещества, где водород, атомарный или молекулярный, адсорбируется поверхностью металла и диффундирует в его объём. Они похожи на сплавы металла с водородом. По-своему интересные вещества со своими особенными свойствами, специфическим применением и прекрасными перспективами.
Однако, для тех, кто готовится к ЕГЭ, наиболее важны именно ковалентные гидриды - соединения водорода с неметаллами. Вот они:
Ковалентные — гидриды, образованные неметаллами IV, V, VI и VII групп, а также бором. Характер связи, как легко понять, ковалентная полярная, а кристаллическая решётка этих веществ - молекулярная.
Как известно, значение электроотрицательности увеличивается в периоде слева направо, поэтому полярность связи в водородных соединениях возрастает, а в группах сверху вниз электроотрицательность уменьшается, поэтому и полярность связи Э-Н будет уменьшаться.
Водород в этих соединениях проявляет свою высшую степень окисления - +1, а второй элемент - низшую. Именно поэтому все водородные соединения являются восстановителями.
Химические свойства:
- При высоких температурах разлагаются необратимо:
H2S = (около 400°С) S + H2.
2. В ОВР - сильные восстановители, поскольку содержат атом в низшей степени окисления, который может только отдавать электроны.
3. Боран и силан - B2H6 и SiH4 - подвержены окислительно-восстановительному гидролизу - конмутации - с выделением водорода: B2H6 + 6H2O → 2H3BO3 + 6H2 и SiH4 + 3H2O → H2SiO3 + 4H2 и этим похожи на ионные гидриды.
4. Легко воспламеняются на воздухе и сгорают с образованием воды и оксида: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Водородные соединения, если они растворимы в воде, могут проявлять самые разные свойства - кислотные, основные, амфотерные или, если они нерастворимы, не проявлять таковых.
Как меняется кислотно-основный характер этих соединений в периоде, можно рассмотреть на примере водородных соединений неметаллов третьего периода. Силан не растворяется в воде и не проявляет кислотных или основных свойств, фосфин в воде даёт очень слабую основную среду, сероводород – слабую кислую среду, а хлороводород – сильнокислую среду. Это объясняется тем, что от силана до хлороводорода радиус иона неметалла уменьшается, а заряд ядра увеличивается, полярность связи в молекулах возрастает, поэтому усиливаются кислотные свойства.
В группах сверху вниз кислотные свойства водородных соединений неметаллов усиливаются, так как прочность связи водород-элемент уменьшается, из-за увеличения длины связи.
Например, водородные соединения подгруппы галогенов: хлороводород, бромоводород, йодоводород в воде – это сильные кислоты, которые полностью диссоциируют. Из этих кислот самой слабой является фтороводородная. Это объясняется тем, что у фтора самый маленький радиус, кроме этого, в этой молекуле присутствуют межмолекулярные водородные связи.
По ходу отмечу, что вода - это амфотерное соединение.
Что касается изменения восстановительных свойств этих соединений, то в группах сверху вниз они усиливаются. Хорошая иллюстрация: бромоводород восстанавливает серу из серной кислоты только до сернистого газа:
2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O
а иодоводород - до сероводорода: 4HJ + H2SO4 = 2J2 + H2S + 4H2O
В периодах слева направо восстановительная способность уменьшается. Как доказательство: арсин настолько сильный восстановитель, что способен восстанавливать даже серебро из нитрата:
AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O = 6Ag + H3AsO3 + 6HNO3
Казалось бы, всё понятно и закономерно. Однако, среди этих предсказуемых веществ есть одна тёмная лошадка (или даже целый табун). Речь идёт о водородном соединении бора, вернее, о соединениях, ибо их много. Собственно бороводород BH3 нестабилен и образует соединения состава BnHm, причём связь между атомами бора отсутствует, а есть связи между атомами водорода. Самый простой из них - диборан В2Н6. Чрезвычайно химически активные вещества с очень высокими значениями теплот сгорания. Входят в состав ракетных топлив.
Коротко о свойствах боранов:
Понятно, что никаких кислотно-основных свойств бораны проявлять не могут. Не успевают. Им надо быстренько сгореть.
Понятно?