Wodorki to związki wodoru z innymi pierwiastkami. Ze względu na skład, wodorki możemy podzielić na:

• wodorki niemetali – związki, w których wodór występuje na $+\text{I}$ stopniu utlenienia;

• wodorki metali – związki, w których wodór występuje na $-\text{I}$ stopniu utlenienia.

Zmiany wartościowości pierwiastków bloku $s$ i $p$ względem wodoru

Pierwiastki chemiczne mogą tworzyć wodorki metali i niemetali. Tworzą je głównie pierwiastki bloku $s$ i $p$, jak na poniższej grafice.

Wzory sumaryczne wodorków tworzy się poprzez umieszczenie pierwiastka bardziej elektroujemnego po prawej stronie. Zatem poprawny zapis dla tego typu związku z sodem to $\text{NaH}$ a nie $\text{HNa}$, natomiast dla związku wodoru z chlorem to $\text{HCl}$, nie $\text{ClH}$. Do ustalenia wzoru sumarycznego wodorków ważne jest ustalenie, z jakim typem związku mamy do czynienia i jaki jest stopień utlenienia pierwiastka macierzystego (innego niż wodór), który go tworzy:

Wodorki pierwiastków $1.$ i $13.$ grupy układu okresowego

Wzory wodorków pierwiastków grupy $1.$ i $13.$ włącznie zapisuje się następująco:

$M{\text{H}}_n$

• $M$ – atom metalu lub niemetalu grupy $1.$, $2.$, $13.$, $14.$, $15.$ oraz metale bloku $d$;

• $\text{H}$ – symbol wodoru;

• $n$ – indeks stechiometryczny, będący, co do wartości, równy stopniowi utlenienia metalu.

R1UYPy8vHPljN

Ilustracja przedstawiająca wzór ogólny wodorków oraz ich przykłady z grupy pierwszej, drugiej oraz trzynastej w postaci wzorów sumarycznych wraz z określonymi stopniami utlenienia poszczególnych atomów. Wzór ogólny n powyżej X, minus jeden powyżej H indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego. Przykłady wodorków: jeden powyżej N a, minus jeden powyżej H, dwa powyżej C a, minus jeden powyżej H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, dwa powyżej M g, minus jeden powyżej H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, trzy powyżej A l, minus jeden powyżej H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego.

Nazwy takich wodorków tworzymy przez podanie słowa „wodorek” oraz podanie nazwy pierwiastka w dopełniaczu:

• $\text{NaH}$ – wodorek sodu;

• ${\text{CaH}}_2$ – wodorek wapnia;

• ${\text{MgH}}_2$ – wodorek magnezu;

• ${\text{AlH}}_3$ – wodorek glinu.

Wodorki pierwiastków $16.$ i $17.$ grupy układu okresowego

Wzory wodorków $16.$ i $17.$ grupy układu okresowego można zapisać ogólnie:

${\text{H}}_{m}N$

• $N$ – atom niemetalu grupy $16.$ i $17.$;

• $\text{H}$ – atom wodoru;

• $m$ – indeks stechiometryczny, będący, co do wartości, równy wartości bezwzględnej ze stopnia utlenienia atomu niemetalu, połączonego z atomem wodoru.

R18pO2uviM4ax

Ilustracja przedstawiająca wzór ogólny wodorków oraz ich przykłady dla grupy szesnastej i siedemnastej w postaci wzorów sumarycznych wraz z określonymi stopniami utlenienia poszczególnych atomów. Wzór ogólny jeden powyżej H indeks dolny, n, koniec indeksu dolnego, n powyżej X. Przykłady wodorków: jeden powyżej H, minus jeden powyżej C l, jeden powyżej H, minus jeden powyżej F, jeden powyżej H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus dwa powyżej O, jeden powyżej H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, minus dwa powyżej S.

Nazwy tych wodorków tworzymy przez połączenie nazwy pierwiastka ze słowem „wodór” za pomocą litery „o”:

• $\text{HCl}$ – chlorowodór;

• $\text{HF}$ – fluorowodór;

• ${\text{H}}_2\text{S}$ – siarkowodór;

• ${\text{H}}_2\text{O}$ – dla tego związku zwyczajowo stosujemy nazwę: woda.

Oczywiście dopuszczalne jest stosowane nazw „wodorek fluoru” w miejsce „chlorowodór”, czy „wodorek siarki” w miejsce „siarkowodór”, etc. Jako ciekawostkę należy wskazać, że nazwą zalecaną dla tlenku wodoru, czyli wody, jest oksydan, a dla amoniaku – (wodorku azotu) azan.

Pozostałe

Do innych znanych wodorków niemetali można zaliczyć następujące związki:

• związek wodoru z azotem na $-\text{III}$ stopniu utlenienia: ${\text{NH}}_3$ (amoniak);

• związek wodoru z fosforem na $-\text{III}$ stopniu utlenienia: ${\text{PH}}_3$;

• związek wodoru z krzemem: ${\text{SiH}}_4$.

Wodorki litowców

Wodorki litowców są związkami o budowie jonowej – typu soli, w których metal występuje w postaci kationu, a wodór w postaci anionu. Tworzą one sieci krystaliczne typu chlorku sodu.

RPTrzS8qW1DQM

Ilustracja przedstawia model kulkowy struktury wodorku sodu. Atomy sodu, będące fioletowymi kulkami, i atomy wodoru, reprezentowane przez białe kulki, są ułożone naprzemiennie i tworzą sześcian.

Wodorki berylowców

Wodorek berylu

Beryl tworzy wodorek o wiązaniach kowalencyjnych. Wodorek berylu to substancja bezbarwna, która ulega rozkładowi w temperaturze $570 \text{K}$.

Jego sieć przestrzenną tworzą polimeryczne łańcuchy, beryl w nich jest związany kowalencyjnymi wiązaniami trójcentrowymiwiązanie trójcentrowetrójcentrowymi $\text{Be}—\text{H}—\text{Be}$.

R5aLBI8u0pxna

Ilustracja przedstawia sieć przestrzenną wodorku berylu. Jeden atom berylu jest połączony z czterema atomami wodoru. Dwa z nich są umieszczone w płaszczyźnie rysunku, a dwa kolejne są oznaczone w taki sposób, który sugeruje że jeden z nich znajduje się przed a drugi za płaszczyzną ilustracji. Przedstawiono jedynie fragment sieci, obejmujący jedynie trzy atomy berylu. Ten fragment został objęty nawiasem kwadratowym, za którym w nawiasie dolnym umieszczono literę n.

Wodorek magnezu

Można znaleźć dwie przeciwstawne informacje w literaturze – jedna z nich mówi o budowie jonowej wodorku magnezu, a druga o występowaniu w nim wiązań kowalencyjnych. W praktyce wodorek wagnezu wykazuje strukturę pośrednią w zależności od warunków.

Wodorki pozostałych berylowców

Pozostałe pierwiastki drugiej grupy układu okresowego (wapń, stront, bar, rad) tworzą wodorki typowo jonowe.

Budowa cząsteczki amoniaku

R1HFfgTjC3iQH

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy budowy cząsteczki azanu.

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy budowy cząsteczki azanu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1HFfgTjC3iQH

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy budowy cząsteczki azanu.

Wodorki można otrzymać różnymi metodami:

• bezpośrednia synteza w określonych warunkach (czasami w obecności katalizatora), np.:

  • wodorki niemetali, np. ${\text{N}}_2+3 {\text{H}}_2\stackrel{\text{katalizator}}{\to }2 {\text{NH}}_3$

  • wodorki metali, np. $2 \text{Na}+{\text{H}}_2\to 2 \text{NaH}$

• inne wybrane przykłady:

  • ${\text{CH}}_3\text{COONa}+\text{NaOH}\to {\text{CH}}_4+{\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$ — substraty są stopione;

  • $3 \text{LiH}+{\text{AlCl}}_3\to {\text{AlH}}_3+3 \text{LiCl}$ (reakcja zachodzi w środowisku eteru).

Otrzymywanie wodorków 17. grupy w wyniku syntezy bezpośredniej

Tak jak większość wodorków, wodorki pierwiastków 17. grupy można otrzymać w reakcji syntezy bezpośredniej danego pierwiastka z wodorem.

Spośród fluorowców wyróżnia się fluor, który z wodorem łączy się samorzutnie. Reakcja ta jest gwałtowna, wybuchowa, oraz przebiega bez dostępu światła i w niskiej temperaturze. W jej wyniku powstaje fluorowodór:

${\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{F}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to 2 {\mathrm{HF}}_{\left(\mathrm{g}\right)}$

Otrzymany fluorowodór – nawet przy śladowych ilościach wody – staje się bardzo aktywny. Jego roztwór wodny, czyli kwas fluorowodorowy, ma właściwości żrące i silnie toksyczne.

Ciekawostka

RWYIgGpnDbeJI

Zdjęcie przedstawiające butelkę kwasu fluorowodorowego wykonaną z tworzywa sztucznego. Na niej znajdują się piktogramy informujące o tym, że związek ten jest silnie trujący oraz żrący.

Synteza wodorków innych fluorowców przebiega z udziałem światła, płomienia lub katalizatorów.

Reakcja chloru z wodorem wymaga światła lub płomienia:

${\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{Cl}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\stackrel{\mathrm{światło}}{\to }2 {\mathrm{HCl}}_{\left(\mathrm{g}\right)}$

Syntezę chlorowodoru w laboratorium przeprowadza się pod sprawnie działającym wyciągiem. Zarówno chlor, jak i produkt reakcji, a mianowicie chlorowodór, są gazami drażniącymi i toksycznymi.

Brom i jod reagują z wodorem znacznie łagodniej.

Ciekły brom łączy się z wodorem po podgrzaniu lub w obecności katalizatora (np. platyny). W wyniku reakcji powstaje gazowy bromowodór. Jest to reakcja odwracalna, ponieważ bromowodór dość łatwo rozkłada się na pierwiastki.

${\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{Br}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\stackrel{ T }{\rightleftarrows }2 {\mathrm{HBr}}_{\left(\mathrm{g}\right)}$

Podobnie przebiega reakcja syntezy jodwodoru:

${\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{I}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\stackrel{ T }{\rightleftarrows }2 {\mathrm{HI}}_{\left(\mathrm{g}\right)}$

Właściwości fizyczne, takie jak np. stan skupienia w temperaturze pokojowej oraz właściwości chemiczne (rozpuszczalność w wodzie, charakter kwasowo–zasadowy), wynikają z budowy danego związku oraz z charakteru występującego w nim wiązania.

Na podstawie temperatury wrzenia można wysnuć wnioski dotyczące rodzaju wiązania oraz oddziaływań międzycząsteczkowych. Niskie temperatury wrzenia cechują substancje zbudowane z cząsteczek o charakterze niepolarnym, wówczas jedynym rodzajem oddziaływań, które zachodzą między cząsteczkami, są wyłącznie słabe oddziaływania van der Waalsa. Silniejsze oddziaływania obserwuje się między dipolami, a z kolei obecność atomu wodoru, związanego z silnie elektroujemnym atomem fluoru, tlenu lub azotu, warunkuje możliwość tworzenia wiązań wodorowych. Najwyższe temperatury wrzenia są obserwowane dla substancji o budowie jonowej, ponieważ wiązanie jonowe ma charakter kolektywny, tj. obejmuje wszystkie jony, które wchodzą w skład kryształu.

Budowa związku chemicznego warunkuje także właściwości chemiczne, takie jak charakter kwasowy lub zasadowy.

Właściwości fizyczne i chemiczne wodorków

Wodorki niemetali mają następujące właściwości:

Wodorki metali mają odmienne właściwości: