هيدريد

الهيدريد هو أنيون من الهيدروجين، H-، أو بشكل أكثر شيوعًا، هو مركب يكون فيه مركز أو أكثر من مراكز الهيدروجين له خصائص محبة للنواة أو مختزلة أو قاعدية. في المركبات التي تعتبر هيدريدات، تكون ذرة الهيدروجين مرتبطة بعنصر أو مجموعة أكثر إيجابية للكهرباء. ومع ذلك، تتسبب قطبية الرابطة الفلزية-الهيدروجينية القاعدية في تفاعل الهيدريدات بقوة مع الماء، وغالبًا ما يكون ذلك بطريقة لا رجعة فيها.

فئات الهيدريد

هناك ثلاثة أنواع أساسية من الهيدريدات: (1) هيدريد ملحي أو هيدريد أيوني، (2) هيدريد فلزي، (3) هيدريد تساهمي يمكن تمييزه على أساس نوع الرابطة الكيميائية المعنية. يمكن أيضًا تحديد نوع رابع من الهيدريد، وهو الهيدريد الثنائي (الذي يعد البوران، BH3 مثالًا عليه)، على أساس التركيب.

تُعرَّف الهيدريدات الملحية أو الأيونية بوجود الهيدروجين كأيون سالب الشحنة (أي H-). تُعتبر الهيدريدات المالحة عمومًا هيدريدات الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية (باستثناء هيدريد البريليوم، BeH2، وهيدريد المغنيسيوم، MgH2). وتدخل هذه الفلزات في تفاعل مباشر مع الهيدروجين عند درجات حرارة مرتفعة (30-700 درجة مئوية [570-1300 درجة فهرنهايت]) لإنتاج هيدريدات من الصيغ العامة MH وMH2. وتكون هذه المركبات عبارة عن مواد صلبة بلورية بيضاء عندما تكون نقية ولكنها عادةً ما تكون رمادية اللون بسبب الشوائب النزرة للمعدن.

تتكون الهيدريدات الفلزية عن طريق تسخين غاز الهيدروجين مع الفلزات أو سبائكها. أكثر المركبات المدروسة بدقة هي مركبات الفلزات الانتقالية الأكثر إيجابية للكهرباء (عائلات السكانديوم والتيتانيوم والفاناديوم). على سبيل المثال، في عائلة التيتانيوم، يُشكِّل التيتانيوم (Ti) والزركونيوم (Zr) والهافنيوم (Hf) هيدريدات غير متكافئة عندما تمتص الهيدروجين وتطلق الحرارة. وتتميز هذه الهيدريدات بتفاعلية كيميائية مشابهة للمعدن المقسم بدقة، فهي مستقرة في الهواء في درجة الحرارة المحيطة ولكنها تتفاعل عند تسخينها في الهواء أو مع المركبات الحمضية. كما أن لها مظهر المعدن، فهي مواد صلبة سوداء رمادية اللون. ويبدو المعدن في حالة أكسدة + 3، وتكون الرابطة أيونية في الغالب.

أماالهيدريدات التساهمية فهي في المقام الأول مركبات من الهيدروجين واللافلزات، حيث من الواضح أن الروابط فيها عبارة عن أزواج إلكترونات مشتركة بين ذرات ذات سالبية كهربية متشابهة. على سبيل المثال، معظم هيدريدات اللافلزات هي مركبات متطايرة، تتماسك معًا في الحالة المكثفة بواسطة تفاعلات فان دير فال الضعيفة نسبيًّا بين الجزيئات. الهيدريدات التساهمية عبارة عن سوائل أو غازات ذات درجة انصهار منخفضة وتسمح بدرجة غليان منخفضة، باستثناء تلك الحالات (مثل الماء) حيث يتم تعديل خصائصها عن طريق الرابطة الهيدروجينية. يمكن أن تتكون الهيدريدات التساهمية من البورون (B) والألومنيوم (Al) والغاليوم (Ga) من المجموعة 13 في الجدول الدوري (الجدول 3-7). وتستخدم أنواع الهيدروجين الأيونية من كل من البورون (BH4-) والألومنيوم (AlH4-) على نطاق واسع كمصادر للهيدريد.

استخدام الهيدريد

* يشيع استخدام الهيدريدات مثل بوروهيدريد الصوديوم وهيدريد الألومنيوم الليثيوم وهيدريد الألومنيوم ثنائي البوتيل الألومنيوم (DIBAL) وهيدريد الألومنيوم الفائق، كعوامل مختزلة في التخليق الكيميائي. ويضاف الهيدريد إلى مركز محبة للكهرباء، وهو عادةً الكربون غير المشبع.

* تُستخدم هيدريدات مثل هيدريد الصوديوم وهيدريد البوتاسيوم كقواعد قوية في التخليق العضوي. تتفاعل الهيدريدات مع حمض برونستد الضعيف مطلقةً H2.

* تُستخدم الهيدريدات مثل هيدريد الكالسيوم كمجففات أي عوامل تجفيف لإزالة الماء النزر من المذيبات العضوية. يتفاعل الهيدريد مع الماء مكونًا الهيدروجين وملح الهيدروكسيد. يمكن بعد ذلك تقطير المذيب الجاف أو نقله بالتفريغ من "وعاء المذيب".

* تُعد الهيدريدات مهمة في تقنيات بطاريات التخزين مثل بطارية هيدريد النيكل والمعدن. وقد تم فحص العديد من الهيدريدات المعدنية لاستخدامها كوسيلة لتخزين الهيدروجين للسيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود وغيرها من الجوانب الأخرى المقصودة لاقتصاد الهيدروجين.

* مجمعات هيدريد الهيدريد هي محفزات ومواد وسيطة تحفيزية في مجموعة متنوعة من الدورات التحفيزية المتجانسة وغير المتجانسة. وتشمل الأمثلة الهامة الهدرجة والهيدروجين والهيدروفورميليشن والهيدروسيليزيلة ومحفزات الهيدروجين. حتى إنزيمات معينة، الهيدروجيناز، تعمل عن طريق إنزيمات وسيطة هيدروجينية. يتفاعل ناقل الطاقة نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد الأدينيني، باعتباره مانحًا للهيدريد أو مكافئًا للهيدريد.

مرجع

جيمس ج. سبيت معالجة المياه الطبيعية - الكيمياء والتكنولوجيا. 2020، الصفحات 91-129
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydride