Бинарные соединения. 
Неорганическая химия

Типы соединений водорода. В табл. 14.2 приведены химические формулы бинарных соединений^[1] водорода с s- и р-элементами. Если воспользоваться числовыми значениями электроотрицательностей (см. табл. 10.2), то можно заметить, что известны соединения водорода как с более электроотрицательными, чем водород, так и с менее электроотрицательны;

Соединения водорода с и р-элементами и их значения AG/, 298.

(кДж/моль).

Таблица 14.2

Примечание. Полужирным шрифтом выделены термодинамически неустойчивые соединения водорода, которые нельзя получить синтезом из простых веществ. Серым цветом обозначены высокомолекулярные гидриды.

ми элементами. Соединения водорода с металлами и менее электроотрицательными, чем водород, неметаллами называют гидридами.

Учитывая сходства в физических и химических свойствах, соединения водорода с s- и^{-элементами} можно разделить на три типа:

• 1) кристаллические ионные гидриды с ионными связями между гидрид-ионами Н" и катионами щелочных и щелочноземельных металлов;
• 2) газообразные и жидкие молекулярные соединения с ковалентными связями между атомами водорода и элементов групп с 14-й по 17-ю, а также бора;
• 3) твердые высокомолекулярные гидриды, занимающие по свойствам и типу химической связи промежуточное положение между ионными и ковалентными соединениями водорода.

Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, а также соединения с водородом наиболее электроотрицательных элементов можно синтезировать непосредственно из простых веществ. Как очевидно из табл. 14.2, для всех этих веществ энергии Гиббса образования ЛС/, 298 отрицательны. Соединения, формулы которых выделены полужирным шрифтом, получают косвенным путем, например простейший из гидридов бора — диборан — можно получить при взаимодействии фторида бора с гидридом лития в неводной среде:

Большинство бинарных соединений водорода не обладает высокой температурной устойчивостью и разлагается при нагревании. Самые термически устойчивые соединения водорода — это HF, Н₂0 и НС1, так как именно связи Н—F, Н—О и Н—С1 отличаются наибольшей прочностью.

С ростом температуры значения изменения энтропии AS для всех реакций образования гидридов становятся отрицательными и в соответствии с формулой.

энтропийный вклад вызывает увеличение AG образования всех соединений водорода. В результате константа равновесия реакции

с повышением температуры уменьшается, т. е. равновесие смещается влево. При 1700 °C и атмосферном давлении доля молекул воды, распавшихся па Н₂ и 0₂, приближается к 0,01%.

Все остальные бинарные соединения водорода разлагаются при гораздо более низких температурах.

Можно выделить следующие общие химические свойства бинарных соединений водорода.

Все бинарные соединения водорода с 5- и /^-элементами 1-й, 2-й, а также 13—16-й групп реагируют с галогенами:

и (за исключением воды) с кислородом:

Соединения водорода с элементами 1-й, 2-й и 3-й групп взаимодействуют с водой с выделением газообразного водорода:

Водородные соединения элементов 15-й группы (за исключением аммиака N11₃) с водой не реагируют. Раствор аммиака в воде проявляет свойства слабого основания.

Соединения водорода с элементами 16-й и 17-й групп диссоциируют в водных растворах с образованием катиона оксония Н₃0⁺, т. е. проявляют свойства кислот:

Ионные и высокомолекулярные твердые гидриды. При нагревании щелочных и щелочноземельных металлов в атмосфере водорода образуются бесцветные кристаллические ионные гидриды. При этом атом водорода приобретает электрон и превращается в гидрид-ион Н", подобный галогенидионам (F", Cl). Он имеет радиус 208 им, близкий к радиусу фторид-иона, который равен 206 пм. Кристаллические решетки гидридов аналогичны по структуре кристаллическим решеткам галогенидов.

Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов — сильные восстановители. Они обладают высокой реакционной способностью по отношению к соединениям, способным отщеплять протон. При взаимодействии с такими веществами происходят реакции компропорционирования:

или.

где МП — гидрид щелочного металла; МН₂ — гидрид щелочноземельного металла; R = ОН, SII, F, С1 и т. д.

Гидрид-ион имеет неподеленную электронную пару и может проявлять донорные свойства при образовании комплексных соединений. Подобно галогенид-ионам, он присоединяется к молекулам, имеющим вакантные орбитали, и образует комплексные анионы, например:

Высокомолекулярные гидриды (ВеН₂)," (MgH₂)" и (ЛИ 1_:!)" рассматриваются в гл. 16 и 17.

Ковалентные молекулярные соединения водорода.

За исключением воды и гидрида полония Ро11₂ все соединения с водородом элементов 14—17-й групп, формулы которых приведены в табл. 14.2, при обычных условиях находятся в газообразном состоянии. Вода и РоН₂ — жидкости. При образовании ковалентных связей с водородом в атомах этих элементов происходит достраивание наружных электронных слоев до устойчивой конфигурации s²p⁶. В молекулах метана С11^, гидрида кремния (силана) Sill/, гидрида германия (германа) GeH₄ и гидрида олова (станнана) Sn11^ у центральных атомов имеют связывающие гибридные луАорбитали, а сами молекулы имеют тетраэдрическую форму. Этот же тин гибридизации проявляется в молекулах аммиака NH₃ и воды Н₂0. Однако из-за наличия несвязывающих электронных пар молекула NH₃ имеет форму тригоналыюй пирамиды, а молекула Н₂0 — угловую форму. Орбитали атомов элементов 15—17-й групп, относящихся к третьему и последующим периодам, в молекулах водородных соединений не гибридизованы (см. рис. 11.8).

11аряду с соединениями водорода, формулы которых приведены в табл. 14.2, у бора, углерода, кремния, германия, азота, фосфора, мышьяка, кислорода и серы имеются более сложные соединения с водородом.

• [1] Соединения, состоящие из атомов двух элементов, вне зависимости отчисла каждого из них называются бинарными.