Hydridi

Hydridi tarkoittaa useimmiten kemiallista yhdistettä, jossa on vety anionina H−. Hydridi -nimitystä käytetään monista muistakin yhdisteitä ja ne voidaan jakaa kovalenttisiin hydrideihin, ionisidoksellisiin hydrideihin ja metallisiin hydrideihin.

Kovalenttiset hydridit
Kovalenttiset hydridit ovat useimmiten muiden epämetallien vety-yhdisteitä. Tällaisia ovat muun muassa vetykloridi (HCl), metaani (CH4), ammoniakki (NH3) ja vesi (H2O) sekä silaani (SiH4) ja boraani (BH3). Myös hieman elektropositiiviset metallit, kuten tina ja germanium muodostavat kovalenttisia hydrideja.

Yksinkertaiset kovalenttisen sidoksen sisältävät hydridit ovat usein huoneenlämpötilassa kaasumaisia yhdisteitä, joista monet ovat myös eliöille myrkyllisiä. Nämä hydridit voidaan jakaa kolmeen ryhmään vedyn osittais­varauksen perusteella. Vety muodostaa elektro­negatiivi­suu­del­taan samankaltaisten alkuaineiden kanssa hydridejä, joissa molempien alkuaineiden atomit ovat sähköisesti lähes neutraaleja. Tällaisia ovat hiilivedyt, vetyselenidi ja fosfiini. Nämä kaikki ovat kaasumaisia, ja niissä molekyylien välillä on ainoastaan dispersiovoimia. Toisen ryhmän muodostavat hydridit, joissa vedyllä on positiivinen ominaisvaraus. Näitä ovat vesi, ammoniakki ja vetyhalogenidit. Joissakin näistä molekyylien välillä esiintyy vetysidoksia, joiden vuoksi niillä on selvästi muita korkeampi sulamis- ja kiehumispiste. Kolmannessa ryhmässä hydridivedyllä on negatiivinen ominaisvaraus. Tällaisia ovat muun muassa elektronivajaat boraanit, stannaani, silaani ja germaani. Tämän ryhmän aineet ovat erittäin reaktiivisia johtuen suurelta osin vedyn negatiivisesta osittaisvarauksesta.

Varsinkin 14. ryhmän alkuaineet, kuten hiili ja pii muodostavat myös hydridejä, joissa kyseisen alkuaineen atomeja on toisiinsa sitoutuneina useita, ja jokaiseen niistä on liittynyt yksi tai useampi vetyatomi. Tällaisia ovat hiilivedyt ja silaanit. Myös typpi voi muodostaa useampiytimisiä hydridejä, kuten hydratsiinin (N2H4), ja samoin vetyperoksidissa (H2O2) on kaksi happiatomia.

Kovalenttisiksi hydrideiksi voidaan luokitella myös yhdisteet, jotka ovat rakenteeltaan polymeerisiä ja joissa on vetyjen muodostama hydridisilta. Tällaisia yhdisteitä muodostavia alkuaineita ovat beryllium, kupari, sinkki, magnesium ja alumiini.

Monet kovalenttiset hydridit ovat happoja, esimerkiksi vetyhalogenidit ja vetysulfidi. Näille on tyypillistä vedyn positiivinen osittaisvaraus. Ainoa selvästi emäksinen hydridi on ammoniakki. Yhdisteet, joissa vedyn osittaisvaraus on lähes nolla tai negatiivinen ovat neutraaleja.

Ionisidokselliset hydridit
Ionisidoksillisia hydrideitä muodostuu pääasiassa alkali- ja maa-alkalimetallien, jotka ovat elektropositiivisia metalleja, reagoidessa vetykaasun kanssa. Reaktion ajavana voimana on kidehilan muodostumisentalpia. Muista maa-alkalimetalleista poiketen berylliumin ja magnesiumin hydridit ovat luonteeltaan ionisidoksellisten ja kovalenttisten hydridien välimuotoja.

Ionisidoksellisten hydridien katsovan koostuvat positiivisista metallikationeista ja negatiivisesti varautuneesta hydridianionista. Anioni on hyvin vahva pelkistin johtuen kahden pienikokoisella 1s-orbitaalilla sijaitsevan elektronin välisistä sähköisistä repulsiovoimista.

Ionisidoksellisiin hydrideihin kuuluvat myös litiumalumiinihydridi (LiAlH4) ja natriumborohydridi (NaBH4), joita käytetään pelkistävinä reagensseina orgaanisessa kemiassa.

Ionisidokselliset hydridit ovat erittäin reaktiivisia ja veden kanssa kosketukseen joutuessaan muodostavat helposti syttyvää vetykaasua. Ionisidoksellisten hydridien reaktiivisuus kasvaa mentäessä ryhmässä alaspäin, ja rubidium-, cesium- ja bariumhydridit syttyvät helposti itsestään kosteassa ilmassa. Maa-alkalimetallien hydridit eivät reagoi aivan yhtä kiivaasti kuin alkalimetallien hydridit.

Metalliset hydridit
Siirtymämetallit, lantanoidit ja aktinoidit muodostavat vedyn kanssa metallisia hydridejä. Vety dissosioituu metallin pinnalle ja osittain metallihilaan muodostaen niin kutsutun välisijayhdisteen. Tämän vuoksi niitä voidaankin pitää paremminkin kiinteinä liuoksina kuin varsinaisina yhdisteinä. Näiden yhdisteiden rakenteet vaihtelevat, eivätkä ne välttämättä sisällä vetyä stoikiometrisissä suhteissa. Tällaisia ovat esimerkiksi LaH2,76 ja VH0,56. Metallisten hydridien monet ominaisuudet ovat paljolti metallien kaltaisia. Tällaisia ominaisuuksia ovat sähköjohtavuus, joka on kuitenkin metallimaisia alkuaineita alhaisempi, ja metalleille tyypillinen kiilto. Nämä ominaisuudet johtuvat siitä, että metallisissa hydrideissä on metallien tavoin vapaita elektroneja ja esimerkiksi titaanihydridin rakennetta voidaan kuvata kaavalla (Ti4+)(H-)1,9(e-)2,1.

Metalliset hydridit luovuttavat kiderakenteeseensa sekoittuneen vedyn niitä kuumennettaessa. Tämän vuoksi niitä on tutkittu mahdollisina vedyn varastointimenetelminä polttoainekäyttöä varten. Muun muassa platina kykenee sitomaan omaan tilavuuteensa verrattuna yhdeksänsataakertaisen määrän. Vedyn varastointiin on kehitetty myös metalliseoksia, jotka toimivat metallisten hydridien tavoin. Näiden seosten protonitiheys on erittäin lähellä nestemäisen vedyn protonitiheyttä, mikä tekee niistä tehokkaita vedyn varastoijia. Seokset koostuvat metallista A, jonka hydridin muodostumisreaktio ja eksoterminen ja metallista B, jonka hydridin muodostumisreaktio on endoterminen. Käyttökelpoisimmaksi osoittautuneet seokset ovat suhteessa 1:2 titaania ja nikkeliä tai lantaania ja nikkeliä sisältävät seokset.

Nimeäminen 
Metallihydridien nimi muodostetaan liittämällä metallikationien perään sana hydridi. Sen sijaan 16. ja 17. ryhmien alkuaineiden ja vedyn yhdisteiden systemaattiset nimet muodostetaan liittämällä sanaan vety kyseisen alkuaineen nimestä johdettu -idi -loppuinen jälkiosa, esimerkiksi vetykloridi ja divetysulfidi, joskin niistä on vanhastaan käytetty myös nimityksiä kloorivety ja rikkivety.

Haihtuvista hydrideistä, ei kuitenkaan halogeenien eikä typen ja hapen hydrideistä käytetään usein nimityksiä, joissa alkuaineen nimeen on lisätty pääte -aani tai muutamissa tapauksissa -iini, esimerkiksi:

alumaani (AlH3)
boraani (BH3)
Digallaani (Ga2H6)
Indigaani (InH3)
Tallaani (TlH3)
Silaani (SiH4)
Germaani (GeH4)
Stannaani (SnH4)
Plumbaani (PbH4)
Fosfiini tai fosfaani (PH3)
Arsiini (AsH3)
Stibiini (SbH3)
Vismutiini (BiH3)

Muutamilla hydrideillä on kuitenkin vakiintuneet, näistä säännöistä täysin poikkeavat nimet: vesi (H2O), ammoniakki (NH3) ja hydratsiini (N2H4. Oman lukunsa muodostaa orgaanisiin yhdisteisiin luettavien hiilivetyjen nimistö; yksinkertaisin niistä on metaani (CH4).

Katso myös
Hydraus

Lähteet

Aiheesta muualla