Wodorki typu soli

Binarne związki wodoru z innymi pierwiastkami chemicznymi, o ogólnym wzorze X_mH_n, nazywane są wodorkami. Ze względu na rodzaj występujących w nich wiązań chemicznych, dzielimy je na kowalencyjne, metaliczne i jonowe.

Dlaczego wodorki jonowe nazywane są wodorkami typu soli?

To określenie związane jest z występowaniem wodoru w postaci ujemnie naładowanego jonu H, czyli anionu zwanego jonem wodorkowym, który jest na -I stopniu utlenienia, oraz dodatnio naładowanego jonu metalu – kationu. Wymienione wodorki są solopodobne, ponieważ ich struktura krystaliczna przypomina budowę odpowiednich halogenków. Przykładem mogą być wodorki litowców, które posiadają strukturę krystaliczną chlorku sodu, czyli soli kuchennej. W układzie sieci krystalicznej związków jonowych występują silne oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy kationami a anionami, ułożonymi na przemian. Zerwanie wiązań jonowych wymaga dużego nakładu energii, dlatego wodorki typu soli mają wysoką temperaturę topnienia i wrzenia.

Jakie pierwiastki tworzą wodorki typu soli?

Takie wodorki tworzone są przez silnie elektrododatnie metale 1. i 2. grupy układu okresowego. Wyjątkami są beryl i magnez, które tworzą z wodorem związki o charakterze kowalencyjnym. Litowce, czyli metale alkaliczne, tworzą z nim związki typu MH, zaś berylowce, metale ziem alkalicznych, związki typu MH₂. Do związków wodoru z litowcami należą: wodorek litu (LiH), wodorek sodu (NaH), wodorek potasu (KH), wodorek rubidu (RbH), wodorek cezu (CsH), wodorek fransu (FrH). Wodorki typu soli berylowców to: wodorek wapnia (CaH₂), wodorek strontu (SrH₂), wodorek baru (BaH₂)oraz wodorek radu (RaH₂). Powstają one w wyniku bezpośredniej reakcji wspomnianych metali z wodorem, w wysokiej temperaturze rzędu 300–700°C. To krystaliczne, białe ciała stałe, które ze względu na swoją silną reaktywność są na ogół dostępne w postaci domieszkowanej olejem mineralnym. Badania strukturalne dowodzą, że w związkach tego typu anion wodorkowy H^- posiada promień krystalograficzny, zależny od metalu, z jakim tworzy związek. Jego rozmiar jest większy niż wielkość jonu fluorkowego F^- (1,33 angstremów) i mniejszy niż promień jonu chlorkowego Cl^- (1,84 angstremów). Nie udało się jednak dokładnie wyznaczyć jego wielkości, ponieważ chmura elektronów H^- jest rozproszona i łatwo ulega ściśliwości.

Jak reagują wodorki typu soli z wodą?

Wodorki jonowe w reakcji z wodą tworzą gazowy wodór i wodorotlenek metalu. Dzieje się tak, ponieważ anion wodorkowy jest silną zasadą, a więc wodorki tego typu będą reagować z wodą ilościowo, w wyniku czego wydzieli się gazowy wodór i jon wodorotlenkowy. Równanie reakcji wygląda następująco:

H^- + H₂O → H₂ + OH^-

Zastosowanie wodorków typu soli

Wodorki typu soli są wykorzystywane na skalę laboratoryjną i przemysłową. Na przykład wodorek wapnia stosowany jest jako środek suszący, wodorek litu jako reduktor, a wodorku sodu używa się w syntezie organicznej. Ich wysoka reaktywność z wodą skutkuje wydzielaniem się znaczących ilości wodoru (dla wodorków berylowców nawet dwukrotnie większą, niż ta zawarta w wodorku MH₂). Ta cecha oraz kilka innych, jak niskie ciśnienie procesowe (0,25-10 MPa), niska temperatura procesowa absorpcji (wodoru) oraz jej odwracalność (desorpcja), sprawiają, że są one badane pod względem zastosowań do magazynowania i transportowania wodoru. Alternatywne źródło energii, jakim jest wodór, stanowi obecnie niezwykle ważny obszar badań. Wszyscy przecież jesteśmy świadomi, że paliwa kopalne, jak ropa naftowa, węgiel kamienny czy węgiel brunatny, negatywnie oddziałują na środowisko, a w dodatku ich zasoby powoli się kończą. Natomiast wodór stanowi najczystszy nośnik energii wśród paliw alternatywnych, ponieważ nie dość, że spalenie kilograma wodoru dostarcza aż 120 MJ energii bez jakichkolwiek zanieczyszczeń (produktem ubocznym jest jedynie woda), to jego zapasy w przyrodzie są właściwie nie do wyczerpania.