Przeczytaj

bg‑azure

Jakie rodzaje wodorków istnieją?

Wodorki metali grup pierwszej i drugiej mają budowę jonową (z wyjątkiem wodorku berylu), są zbudowane z kationów metalu i anionów wodorkowych $H^{-}$ . W temperaturze pokojowej są ciałami stałymi o wysokich temperaturach topnienia. Przykładem wodorku metalu grupy $II$ układu okresowego jest wodorek baru o wzorze ${BaH}_{2}$ .

Ra8lEaIqC0IsV

Ilustracja dotyczy reakcji powstawania wodorku baru. Po lewej stronie ilustracji znajduje się jeden atom baru, Ba, z dwoma elektronami w formie kropek po prawej stronie symbolu. Od każdego z elektronów odchodzi jedna strzałka (jedna w górę druga w dół), które prowadzą do atomów wodoru, H, posiadających jeden elektron. Dalej znajduje się strzałka symbolizująca reakcję, a po prawej stronie umieszczono kation Ba2+ oraz dwa aniony H-. Poniżej znajduje się równanie, prezentujące stosunek liczby moli kationów baru do liczby moli anionów wodorkowych, który wynosi jeden do dwóch. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wodorki niemetali, w większości przypadków, są w warunkach normalnych gazami (wyjątek stanowi woda i fluorowodór ze względu na tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami). Większość z nich ma charakterystyczny, drażniący zapach. W ciele stałym tworzą kryształy molekularne.

bg‑azure

Wodorki typu soli

Wodorki jonowe, czyli solopodobne, to wodorki metali grupy pierwszej i drugiej. Do nich, zwanych też wodorkami typu soli, zaliczamy wodorki jonowe, których kryształ jest zbudowany z kationów metalu i anionów wodorkowych. Do tej grupy związków zaliczamy wodorki metali grupy $I$ i $II$ z wyjątkiem wodorku berylu, ale także np. wodorek lantanu. Wodorki te, jak już wspomniano, są ciałami stałymi o budowie jonowej. Mają wysokie temperatury topnienia, stopione przewodzą prąd elektryczny oraz mają większą gęstość niż odpowiadające im metale. Są zawsze związkami stechiometrycznymi o dużym cieple tworzeniaciepło tworzeniacieple tworzenia. W wyniku ich elektrolizyelektrolizaelektrolizy na anodzie wydziela się wodór, co jest dowodem na istnienie jonu wodorkowego $H^{-}$ .

A (+) : 2 H^{-} \to H_{2 (g)} + 2 e^{-}

Wodorki jonowe wytwarza się przez bezpośrednią interakcję z metalami w temperaturze $300 — 700 ° C$ .

2 M_{(I)} + H_{2 (g)} \to 2 MH (_{s})

M_{(II)} + H_{2 (g)} \to {MH}_{2 (s)}

Także i wszystkie wodorki jonowe rozkładają się w wysokiej temperaturze, dając metal i wodór. Przykładem może być wodorek sodu $NaH$ , który w czystej postaci monokryształu rozkłada się w temperaturze topnienia ( $800 ° C$ ), jednak komercyjnie dostępny zanieczyszczony wodorek sodu rozkłada się już w temperaturze ok. $220 ° C$ . Innym przykładem jest wodorek wapnia, którego syntezę prowadzi się w temperaturze $500 — 700 ° C$ , a jego rozkład następuje w temperaturze około $800 ° C$ . Tylko $LiH$ jest stabilny do temperatury topnienia $688 ° C$ . Wodorki typu soli są wysoce reaktywne. Mają one charakter silnie zasadowy i gwałtownie reagują z wodą lub kwasami wydzielając wodór. Jedynie w przypadku $LiH$ , w reakcji z tlenem czy chlorem, potrzebna jest wysoka temperatura.

{MH}_{(s)} + H_{2} O \to H_{2 (g)} + {MOH}_{(aq)}

{MH}_{2 (s)} + 2 H_{2} O \to 2 H_{2 (g)} + M {(OH)}_{2 (aq)}

Wodorki typu soli znajdują zastosowanie w laboratoriach chemicznych jako reduktory, silne zasady albo czynniki usuwające śladowe ilości wody z rozpuszczalników organicznych.

bg‑azure

Zastosowania wodorków typu soli

1. Środki przenoszące wodór

NaH + B {({OCH}_{3})}_{3} \to Na [HB {({OCH}_{3})}_{3}]

2. Silne reduktory

Wodorki są silnym reduktorami, szczególnie w wysokich temperaturach, np.:

2 CO + NaH \to HCOONa + C

{SiCl}_{4} + 4 NaH \to {SiH}_{4} + 4 NaCl

{PbSO}_{4} + 2 {CaH}_{2} \to PbS + 2 Ca {(OH)}_{2}

4 NaH + {TiCl}_{4} \to Ti + 4 NaCl + 2 H_{2}

3. Przechowywanie wodoru

Wodór w normalnych warunkach jest gazem, więc jego objętościowa gęstość energii jest bardzo słaba w porównaniu do ciekłych paliw, jak benzyna czy ropa.

Istnieje kilka sposobów na „przechowywanie” wodoru – jednym z nich są wodorki metalu. Dają one wyższą gęstość objętościową energii niż ciekły wodór.

Stopy metali (na bazie chociażby magnezu czy metali ziem rzadkich) adsorbują wodór w swojej strukturze tak, że cząsteczki gazu są ściśle upakowane. Jednak materiały te mają duży ciężar i są drogie. Dodatkowym problemem jest powolne napełnianie.

Metoda ta jest dobra do zastosowań, gdzie objętość, a nie masa, jest istotna – np. w niektórych urządzeniach przenośnych i wózkach widłowych lub okrętach podwodnych.

4. Synteza innych wodorków

Wodorek litu, ze względu na bierność chemiczną względem $O_{2}$ lub ${Cl}_{2}$ , w umiarkowanych temperaturach stosowany jest w syntezie innych przydatnych wodorków.

8 LiH + {Al}_{2} {Cl}_{6} \to 2 {LiAlH}_{4} + 6 LiCl

2 LiH + B_{2} H_{6} \to 2 {LiBH}_{4}

5. Ekranowanie reaktorów jądrowych

Wodorek litu używany jest też do ekranowania reaktorów jądrowych.

R9V1Ceh9DzT3l1

Zdjęcie przedstawia rdzeń reaktora jądrowego. Rdzeń zawiera następujące elementy: paliwo jądrowe – związki izotopów rozszczepialnych zamknięte w pojemnikach (najczęściej postaci prętów paliwowych), pręty kontrolne – sterują szybkością wymuszonych reakcji jądrowych poprzez pochłanianie części neutronów, pręty awaryjne – niemal zatrzymują reakcje jądrowe poprzez silne pochłanianie neutronów, moderator – spowalniający neutrony. Pręty ułożone są pionowo na planie sześciokąta i znajdują się w kwadratowej, niebieskiej ramie. — Rdzeń reaktora jądrowego
Źródło: dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 2.0.

6. Suszenie rozpuszczalników organicznych

Wodorek sodu jest stosowany do suszenia niektórych rozpuszczalników organicznych – np. eterów – ze względu na jego szybką i nieodwracalną reakcję z wodą. Podobnie wodorek wapnia znalazł zastosowanie w usuwaniu śladów wilgoci z cieczy organicznych wspomnianych eterów lub oleju transformatorowego.

7. Napełnianie balonów

Wodorek wapnia używany jest jako źródło wodoru do napełniania balonów stratosferycznych lub innych balonów meteorologicznych.

R1PjlwFHaM6YU1

Zdjęcie przedstawia sterowce, służące do transportu ludzi, unoszące się nad polami. Pod statkiem znajdującym się na pierwszym planie znajdują się pracownicy. Wspomagają wznoszenie w powietrze sterowca zakotwiczonego na lince. — Wodorek wapnia używany jest jako źródło wodoru do napełniania balonów stratosferycznych lub innych meteorologicznych.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Słownik

elektroliza

proces wymuszony, na który składa się zespół przemian chemicznych zachodzących na granicy faz metal–roztwór elektrolitu, pod wpływem przyłożonego napięcia zewnętrznego; upraszczając, elektrolizą nazwiemy reakcje chemiczne, które zachodzą na powierzchni elektrody podczas przepływu prądu przez elektrolit

ciepło tworzenia

zmiana entalpii podczas tworzenia jednego mola danej substancji w zadanych warunkach temperatury i ciśnienia z czystych substancji prostych (pierwiastków chemicznych), trwałych w tych warunkach

objętościowa gęstość energii

w określonej objętości znajduje się pewna ilość energii

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa $1987$ .

Dudek K., Płotek M., Elektrochemia. Repetytorium maturzysty, Kraków $2013$ .

Kaczyński J., Czaplicki A., Chemia ogólna, Warszawa $1974$ .

Litwin M., Styka–Wlazło S., Szymońska J., Chemia ogólna i nieorganiczna, Warszawa $2002$ .

Pac B., Zegar A., Podstawy klasyfikacji związków nieorganicznych w teorii i zadaniach, Kraków $2019$ .

Wprowadzenie

Grafika interaktywna

Jakie rodzaje wodorków istnieją?

Wodorki typu soli

Zastosowania wodorków typu soli

Słownik

Bibliografia