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2.6: Hidruros

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    69531
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    La combinación de hidrógeno con otro elemento produce un hidruro, E x H y. La carga formal o estado de oxidación del hidrógeno en estos compuestos depende de la electronegatividad relativa del elemento en cuestión.

    Hidruros iónicos

    Los compuestos de hidrógeno con metales altamente electropositivos, es decir, aquellos en los que el metal tiene una electronegatividad inferior a 1.2, son iónicos teniendo el hidrógeno una configuración s 2 (H -). Los hidruros metálicos iónicos típicos son los de los metales del Grupo 1 (IA) y los metales más pesados del Grupo 2 (IIA).

    El radio iónico del ion hidruro se encuentra entre el del fluoruro y el cloruro y el mismo que el óxido (Cuadro\(\PageIndex{2}\) .2). Como consecuencia, en estado sólido el ion hidruro replica el de un ion haluro (e.g., Cl -), y como tal se observan estructuras similares en estado sólido (Cuadro\(\PageIndex{2}\) .3).

    Ion Radio iónico (Å)
    H - 1.40
    F - 1.36
    Cl - 1.81
    O 2- 1.40
    Cuadro\(\PageIndex{2}\) .2: Radios iónicos seleccionados.
    Metal Hidruro Fluoruro Cloruro
    Li 4.085 4.0173 5.129
    Na 4.880 4.620 5.640
    K 5.700 5.347 6.292
    Rb 6.037 5.640 6.581
    Cs 6.376 6.008 7.020
    Cuadro\(\PageIndex{2}\) .3: Parámetros de celosía (Å) para hidruros y haluros de las sales metálicas del Grupo 1 con estructuras de sales de roca cúbica.

    A diferencia de los iones haluro que son solubles en agua, el ion hidruro reacciona con agua, (2.32), y en consecuencia NaH y CaH 2 son comúnmente utilizados como agentes secantes. La liberación de hidrógeno se utilizó como fuente comercial de hidrógeno para aplicaciones a pequeña escala.

    \[H^- + H_2O \rightarrow OH^- + H_{2 (g)}\]

    ADVERTENCIA

    Los hidruros metálicos de los grupos 1 y 2 pueden inflamarse en el aire, especialmente al entrar en contacto con el agua para liberar hidrógeno, que también es inflamable. La hidrólisis convierte el hidruro en el hidróxido análogo, que son bases cáusticas. En la práctica, la mayoría de los hidruros iónicos se dispensan como una dispersión en aceite, que puede manejarse de manera segura en el aire.

    Hidruros Covalentes

    Los compuestos binarios más comunes de hidrógeno son aquellos en los que los enlaces de hidrógeno tienen carácter de enlace covalente. El enlace E-H suele ser polar que va desde aquellos en los que el hidrógeno está polarizado positivamente (por ejemplo, aquellos con no metales como F, O, S y C) hasta donde es negativo (por ejemplo, aquellos con metales y metaloides como B, Al, etc.). El hidruro de magnesio es intermedio entre covalente e iónico ya que tiene un sólido polimérico similar al AlH 3, pero reacciona rápidamente con el agua como los hidruros iónicos. En el cuadro\(\PageIndex{2}\) .4 se enumeran los hidruros covalentes importantes de los elementos del bloque p. ¡Cabe señalar que todos los hidrocarburos orgánicos pueden considerarse simplemente como los hidruros de carbono!

    Grupo 13 Grupo 14 Grupo 15 Grupo 16 Grupo 17
    B 2 H 6 C n H 2n+2, C n H 2n, C n H 2n-2 NH 3, N 2 H 4 H 2 O, H 2 O 2 HF
    (AlH 3) n Si n H 2n+2 PH 3, P 2 H 4 H 2 S, H 2 S n HCl
    Ga 2 H 6 Ge n H 2n+2 Ash 3 H 2 Se HBr
    SnH 4 SbH 3 H 2 Te HOLA

    Todos los elementos del Grupo 14 al 17 forman hidruros con enlaces covalentes normales en los que el hidrógeno está unido por un enlace sencillo al elemento en cuestión. En contraste, los elementos del Grupo 13 (tipificados por el boro) presentan un segundo tipo de enlace covalente: el enlace puente de hidrógeno deficiente en electrones. En este tipo de enlaces el núcleo de hidrógeno está incrustado en un orbital molecular que cubre más de dos átomos para crear un enlace multicéntrico de dos electrones. El diborano (Figura\(\PageIndex{2}\) .13) representa el compuesto arquetípico que contiene el enlace puente de hidrógeno. Los hidruros no se limitan al terminal (E-H) o los que unen dos átomos (E-H-E), sino que también se conocen donde los puentes de hidrógeno (o casquetes) son más de dos átomos, es decir, Figura\(\PageIndex{2}\) .14.

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    Figura\(\PageIndex{13}\): Estructura del diborano (B2H6); donde rosa = boro; blanco = hidrógeno.
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    Figura\(\PageIndex{14}\): La estructura de {[(Me 3 P) 3 WH 5] - Li +} 4 mostrando la presencia de hidruros terminales, puentes y trifurcados. Los grupos metilo se han omitido para mayor claridad. Adaptado de A. R. Barron, M. B. Hursthouse, M. Motevalli, y G. Wilkinson, J. Chem. Soc., Chem. Commun. , 1986, 81.

    Síntesis de hidruros covalentes

    Los hidruros covalentes se pueden preparar por una variedad de rutas sintéticas. La más simple es la combinación directa de los elementos (de manera similar a la utilizada con los hidruros iónicos).

    \[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O \]

    El uso de un hidruro como reactivo para reducir un haluro u óxido del elemento deseado

    \[ SiCl_4 + LiAlH_4 \rightarrow SiH_4 + LiAlCl_4 \]

    Fosfuros metálicos, carburos, siliciuros y boruros dan como resultado la formación del hidruro.

    \[Ca_3P_2 + 6 H_2O \rightarrow 2 PH_3 + 3 Ca(OH)_2 \]

    Los compuestos de hidruro se pueden interconvertir en presencia de un catalizador, calor o una descarga eléctrica. Esta es la base del craqueo catalítico de mezclas de petróleo.

    Hidruros intersticiales

    Muchos metales de transición, lantánidos y actínidos absorben hidrógeno para dar un hidruro metálico que retiene las propiedades de un metal, aunque la presencia de hidrógeno da como resultado fragilización del metal. Como tales, estos hidruros se consideran mejor como aleaciones ya que no tienen estequiometrías definidas. Por ejemplo, el vanadio absorbe hidrógeno para formar una aleación con un contenido máximo de hidrógeno de VH 1.6. De manera similar, el paladio forma PdH 0.6. Los átomos de hidrógeno están presentes en sitios intersticiales en la red del metal; de ahí el hidruro intersticial. Los hidruros intersticiales muestran cierta promesa como una forma de almacenamiento seguro de hidrógeno.

    Bibliografía

    • A. R. Barron, M. B. Hursthouse, M. Motevalli, y G. Wilkinson, J. Chem. Soc., Chem. Commun. , 1986, 81.

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