Гидрид-ион

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гидрид-ион, отрицательно заряженный ион водорода, H- — физическая система, состоящая из одного протона и двух электронов. Два электрона создают электронную оболочку гидрид-иона, электронная конфигурация которой 1s2. Иначе говоря, ядро гидрид-иона окружает двухэлектронное облако с антипараллельными спинами электронов.[1]

Рис.1.Деформационная поляризация атома водорода под действием приближающегося электрона и модель гидрид-иона H-

Образование гидрид-иона описывается физической моделью ударной ионизации атома водорода электроном. Ионизация обусловлена захватом атомом водорода дополнительного электрона с образованием отрицательно заряженного иона водорода и высвобождением энергии:

H (г) + e → H- (г), ΔH298° = −66,9 кДж/моль

Электрон, обладая отрицательным элементарным электрическим зарядом (q = 1,6 · 10−19 Кл), создаёт электрическое поле с напряжённостью

E = q/R2.

Напряжённость электрического поля на расстоянии R от заряда около 10 Å составляет десятки миллионов вольт на сантиметр[2]. Это электрическое поле приводит к деформационной поляризации нейтрального атома водорода, попадающего в электрическое поле электрона. Центр электронной оболочки атома водорода смещается относительно ядра на некоторое расстояние L в противоположную сторону к приближающемуся электрону. Приближающийся электрон как бы вытесняет из атома водорода находящийся в нём электрон. Деформация приводит к появлению в атоме водорода наведённого дипольного момента μ.

μ = αeE = Lq.

Величина смещения центра электронной оболочки атома водорода L обратно пропорциональна квадрату расстояния атома водорода к приближающемуся электрону R

L = αe/R2

Поскольку электронная поляризуемость атома водорода αe = 0,66Å[3], то L = 0,66/R2 (рис.1).

Сближение атома водорода и электрона возможно до тех пор, пока центры областей плотностей вероятности нахождения обоих электронов не станут равноудалёнными от ядра объединённой системы — отрицательно заряженного иона водорода. Такое состояние системы имеет место при

re = L = R = ³√0,66 = 0,871 Å,

где re — орбитальный радиус двухэлектронной оболочки гидрид-иона H-.

Ионные структуры, содержащие в своём составе гидрид-ион H-, известны. Соединения этого типа образуются прямым взаимодействием наиболее активных металлов (Na, Ca и др.) с водородом при нагревании. По своему характеру они являются типичными солями. Все гидриды щелочных металлов (гидрид лития, гидрид натрия, гидрид калия, гидрид цезия) образуют кристаллическую структуру с кубической сингонией. Их расплавы высоко электропроводны, при электролизе расплавленных гидридов водород выделяется на аноде.

Гидрид-ион H- является промежуточным звеном при гидрировании органических соединений по кратным связям, дегидрировании углеводородов, в реакциях Чичибабина, Соммле и др. Гидрид-ион H- образуется также при бомбардировке молекул воды электронами[4].

Гидрид-ион H- является донором электронной пары в донорно-акцепторном механизме образования ковалентной химической связи, например

H+ + H- → H2 .

Присоединение гидрид-иона к молекуле BH3 приводит к образованию сложного (комплексного) иона BH4- :

BH3 + H- → BH4-

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Ахметов Н. С. Неорганическая химия. — 2-е изд., перераб. и доп., с илл. — М.: «Высшая школа», 1975. — 672 с.
  2. Некрасов Б. В. Курс общей химии. — М.: Госхимиздат, 1962. — 976 с.
  3. Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.-Л.: Издательство химической литературы, 1962. — С. 385. — 1071 с.
  4. Химический энциклопедический словарь / гл.редактор И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — С. 131. — 792 с.