氢化物

氢化物是一类氢的化合物。严格意义上讲，氢化物只包含氢同金属相互结合的化合物，但由于概念的扩大，有时它也包含水、氨和碳氢化合物等物质。

目录

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  1 分类
  


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  2 氢负离子
  


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  3 离子型氢化物
  
  
  
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    3.1 制备
    
  
  
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    3.2 性质
    
  
  
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    3.3 应用
    
  
  
  
  


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  4 共价氢化物
  
  
  
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    4.1 制备
    
  
  
  
  


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  5 过渡金属氢化物
  
  
  
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    5.1 应用
    
  
  
  
  


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  6 参考资料
  


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  7 外部链接
  

分类

氢化物基本上可按以下标准分类：

离子型氢化物（类盐氢化物） 

一类具有高熔点和较高稳定性的化合物，一般由较活泼的金属与氢形成，如碱金属及部分碱土金属和镧系金属氢化物。

共价型氢化物 

由非金属（不含稀有气体）或类金属与氢形成，熔点较低，命名上通常叫“某化氢”而非“氢化某”。

过渡金属氢化物 

为过渡金属的氢化物，种类很多，其中有些是确定的整比化合物。过渡金属合金的氢化物是近年来氢化物的研究方向。

边界氢化物 

性质介于共价型与过渡金属之间，报导较少。

配位氢化物（复合氢化物） 

包括氢化铝锂、硼氢化钠等，在工业生产及有机合成中具有重要应用。

氢负离子

主条目：氢负离子

氢负离子 H⁻，由两个电子及一个质子组成，是已知除电子盐外最小的阴离子。氢负离子不能在水溶液中存在，是已知的最强碱之一，这可通过以下生成反应看出：

½H₂(g) → H(g); ΔH = 218kJ/mol

H(g) + e⁻ → H⁻(g); ΔH = -67kJ/mol

½H₂(g) + e⁻ → H⁻(g); ΔH = +151kJ/mol

½Br₂(g) + e⁻ → Br⁻; ΔH = -214kJ/mol

H⁻ + H⁺ → H₂; ΔH = -1676kJ/mol

负氢是非常强的还原剂：

H₂ + 2e⁻⇌ 2H⁻; E^o = −2.25 V

已知自由氢负离子的有效半径为208pm。这个数据与其他数据比较时，特别是与He原子的93pm，H原子的50pm，Cl⁻的结晶半径181pm，H的共价半径30pm，及类盐氢化物中H⁻的半径（134-154pm）相比是有趣的。这个反常大的半径可以用H⁻的核电荷较小，电子彼此排斥和对核引力的屏蔽效应来解释。^[1]

离子型氢化物

离子型氢化物

H
LiH	Be
NaH	Mg
KH	CaH2
RbH	SrH2
CsH	BaH2
FrH(?)	RaH2

由于H⁻离子的生成热为正值，因此只有电正性大的元素才能与氢形成离子型氢化物。这类化合物在熔融电解时阳极产生氢气，可证明其离子性。

这类化合物中H⁻的结晶半径介于F⁻和Cl⁻之间，因此某种氢化物的晶格能与相应的氟化物及氯化物相近。但是氢化物的生成热相对于卤化物却非常低，例如碱金属卤化物的生成热大约为420kJ/mol，而氢化钠的生成热只有56.6kJ/mol，氢化锂也不过91.0kJ/mol。^[1]

制备

所有的离子型氢化物都可通过金属直接与氢气化合制备，反应温度为300-700°C。为了避免反应在金属表面生成的氢化物阻止进一步的反应，常用金属在矿物油中的分散质，或者加入表面活性剂。但加入表面活性剂的同时也降低了纯度。^[2]

2Na + H₂ → 2NaH

EuH2	YbH2

性质

离子型氢化物都是无色或白色晶体，常因含有金属杂质而发灰，金属过量则呈蓝紫色。这类化合物的反应性从锂到铯、从钙到钡依次增大，遇氧化剂（包括水）会强烈反应，操作时必须注意。它们对空气和水是不稳定的，有些甚至会发生自燃。曾经有人将一份K₃AlH₆样品放在手套箱中放置了一段时间，后来用药匙触碰了一下样品，立即发生了爆炸。^[2] 一般认为这类爆炸的发生与氢化物表面略受氧化后生成的超氧化物有关。触碰超氧化物时其与氢化物相接触，发生剧烈反应便引发了爆炸，KH、RbH、CsH也有发生类似爆炸的危险。

应用

• 
  氢化锂和氢化钠分别用于复合氢化物LiAlH₄、NaBH₄及类似化合物的制取。


• 
  氢化钠是有机合成中用途很广泛的碱及还原剂。


• 氢化钠溶在熔融氢氧化钠中可作为钢铁的脱锈剂。


• 
  氢化钙被用作生氢剂、干燥剂及工业上还原制备某些单质。

共价氢化物

共价氢化物

					He(HHe+)
BxHy舉例	CxHy舉例	NH3其他	H2O其他	HF	Ne
AlH3	SiH4其他	PH3其他	H2S其他	HCl	Ar
GaH3其他	GeH4其他	AsH3	H2Se	HBr	Kr
In	SnH4	SbH3	H2Te	HI	Xe
Tl	PbH4	BiH3	PoH2	HAt	Rn

共价氢化物是非金属（稀有气体除外）、类金属及一些电正性不大的金属元素与氢形成的化合物。单核的共价氢化物都可写成 MH_8-x（x为M的价电子数）的形式，有些元素还可形成双核及多核的氢化物，如N₂H₄、B₂H₆、C₂H₆、H₂O₂等，其中以碳形成的氢化物最多。

制备

• 单质与氢化合，如：

2H₂ + O₂ → 2H₂O

• 用氢气还原相应的化合物，如马氏试砷法（参见锑化氢#历史）。


• 用水或酸处理相应的金属（通常为镁）化合物，如：

BeH2	MgH2

Mg₂Si + 4HCl → 2MgCl₂ + SiH₄

• 电解，如323-333K电解含有糊精和葡萄糖的SnSO₄硫酸溶液可制得锡烷。^[1]
  


• 用LiAlH₄在乙醚中还原相应的卤化物，这种方法可制备Si、Ge、Sn^[3] 的氢化物。


• NaH与MgBr₂进行复分解反应或热分解Be或Mg的烃基物可制备其氢化物。


• 100%硫酸与氢化铝锂反应可得AlH₃：

2LiAlH₄ + H₂SO₄ −THF→ 2AlH₃ + 2H₂ + Li₂SO₄

共价氢化物中的氢可被一些有机基团替代，生成相应的衍生物，例如DIBAL（二异丁基氢化铝）中含有氢桥连接的铝原子，被用于有机合成。

过渡金属氢化物

过渡金属氢化物

LaH3	CeH3
UH3	Th4H15
TiH2	ZrH2
CuH	LaNi5H6

许多过渡金属或合金与氢加热时能形成过渡金属氢化物。绝大多数过渡金属氢化物为整比化合物（钯除外）。过去曾认为它们是氢在金属中的固溶体，或氢间充在晶格空隙中形成的化合物，但现在已弄清楚它们都有很明确的物相，结构完全不同于母体金属的结构。^[2] 很多过渡金属氢化物很活泼，与水剧烈反应，甚至在空气可以自燃。

应用

• 
  铀与氢气化合成为氢化铀的可逆反应可用于制备超纯氢气。


• 
  氢化钛在电真空工业中用作吸气剂，也用作高纯氢的供源。


• 
  氢化锆用于制造烟火及核反应堆中的减速剂。


• 过渡金属合金是现在储氢材料中很重要的研究方向，如镧镍合金LaNi₅。

参考资料

1. 
   ^ ^1.01.11.2 F. Albert Cotton, Geoffrey Wilkinson, Carlos A. Murillo, and Manfred Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry, 6th ed.. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
   


2. 
   ^ ^2.02.12.2 张青莲等。《无机化学丛书》第一卷。北京：科学出版社。
   


3. 
   ^ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements, 2nd Ed., Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
   

外部链接

• IUPAC 氢化物的命名

查 论 编 氢化物 H2 He LiH BeH2 B2H6 C N O F Ne NaH MgH2 AlH3 Si P S Cl Ar KH CaH2 ScH2 ScH3 TiH2 TiH4（英语：Titanium tetrahydride） V CrH2 Mn FeH FeH2（英语：Iron(II) hydride） FeH5（英语：Iron pentahydride） Co Ni CuH ZnH2 Ga Ge As Se Br Kr RbH SrH2 Y Zr Nb Mo Tc Ru RhH2 Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe CsH BaH2 * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og ↓ * La Ce Pr NdH2 NdH3 Pm Sm EuH2 Gd Tb Dy Ho Er Tm YbH2 Lu ** Ac ThH4 Pa UH3 Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

查 论 编 元素化合物专题 碱金属 碱土金属 锂化合物 钠化合物 钾化合物 铷化合物 铯化合物 碱化物 碱金属卤化物 铍化合物 镁化合物 钙化合物 锶化合物 钡化合物 硼族元素 硼化合物 硼酸盐 氟硼酸盐 硼烷 硼氢化物 铝化合物 铝化物 铝酸盐 镓化合物 铟化合物 铊化合物 碳族元素 碳化合物 碳化物 碳酸盐 硫代碳酸盐（英语：thiocarbonate） 氰化物 氰酸盐 硅化合物 硅化物 硅酸盐 氟硅酸盐 锗化合物 锗酸盐（英语：germanate） 锡化合物 锡化物 亚锡酸盐（英语：stannite (ion)） 锡酸盐（英语：stannate） 铅化合物 亚铅酸盐（英语：plumite） 铅酸盐（英语：plumate） 氮族元素 氮化合物 氮化物 叠氮化物 亚硝酸盐 硝酸盐 铵盐 （季铵盐 · 四甲基铵盐（英语：tetramethylammonium） · 四乙基铵盐（英语：tetraethylammonium） · 四丙基铵盐 · 四丁基铵盐（英语：tetrabutylammonium）） 𨥙盐 磷化合物 磷化物 磷酸盐 焦磷酸盐 六氟磷酸盐 鏻盐 砷化合物 砷化物 亚砷酸盐 砷酸盐 六氟砷酸盐 锑化合物 锑化物 六氟锑酸盐 铋化合物 多铋阳离子（英语：Bismuth polycations） 氧族元素 氧化合物（英语：Compounds of oxygen） 氧化物 氢氧化物 过氧化物 超氧化物 臭氧化物 二氧基盐 硫化合物 硫化物 二硫化物 多硫化物 硫氰酸盐 亚硫酸盐 硫代硫酸盐 硫酸盐 焦硫酸盐 过硫酸盐 硒化合物 硒化物 硒氰酸盐 亚硒酸盐 硒酸盐 碲化合物 碲化物 碲氰酸盐 亚碲酸盐（英语：tellurite (ion)） 碲酸盐（英语：tellurate） 硫属化物 硫属化氢（英语：Hydrogen chalcogenide） 硫属化铟（英语：Indium chalcogenides） 卤素、氢 稀有气体 氟化合物（英语：Compounds of fluorine） 氟化物 氯化合物 氯化物 次氯酸盐 亚氯酸盐 氯酸盐 高氯酸盐 溴化合物 溴化物 溴酸盐 高溴酸盐 碘化合物 碘化物 三碘化物 多碘化物 碘酸盐 高碘酸盐（英语：periodate） 卤化物 （金属卤化物 · 非金属卤化物 · 卤化氢 · 卤化镓（英语：Gallium halides） · 卤化铟（英语：Indium halides） · 卤化铊（英语：Thallium halides） · 卤化磷 · 卤化砷 · 卤化银 · 卤化金 · 卤化氰（英语：Cyanogen halide）） 低卤化物（英语：subhalide） 互卤化物 卤酸盐 二元氢化合物（英语：binary compounds of hydrogen） 氢化物 稀有气体化合物 氙酸盐 高氙酸盐 钪、钇 镧系、锕系 钪化合物 钇化合物 镧化合物 铈化合物 钐化合物 铕化合物 锕化合物 钍化合物（英语：Compounds of thorium） 铀化合物 锫化合物（英语：Compounds of berkelium） 锎化合物 钛族、钒族 钛化合物 钛酸盐 锆化合物 锆酸盐 氟锆酸盐 铪化合物 铪酸盐 钒化合物 钒酸盐 铌化合物 钽化合物 铬族、锰族 铬化合物 铬酸盐 重铬酸盐 钼化合物 钼酸盐 硫代钼酸盐 钨化合物 钨酸盐 硫代钨酸盐 锰化合物 锰酸盐 高锰酸盐 锝化合物 高锝酸盐 铼化合物 高铼酸盐 铁系、铂系 铁化合物 亚铁氰酸盐 铁氰酸盐 高铁酸盐 钴化合物 钴氰酸盐 高钴酸盐 镍化合物 镍氰酸盐 铂化合物 氯铂酸盐 铜族、锌族元素 铜化合物 铜酸盐 铜(III)酸盐 铜(IV)酸盐 银化合物 金化合物 锌化合物 镉化合物 汞化合物 亚汞化合物

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