8.1.1. Водород и его соединения. Гелий

Водород, помимо наиболее стабильной молекулы и сольватированного иона H⁺ существует в атомарном состоянии, в виде иона , молекулярных ионов и Из-за малого радиуса атома энергия связи в молекуле водорода наибольшая из всех атомных гомонуклеарных молекул VIIА и IА групп:

H2 F2 Cl2 Br2 I2 Li2 Na2 K2 Eсв, кДж∙моль–1 435 154 280 162 150 104 71 48

Таблица 8.2.

Образование иона H⁺ сопровождается резким уменьшением эффективного радиуса, изменением кислотно-основных свойств и окислительно-восстановительных потенциалов некоторых соединений в присутствии H⁺, гидратированием в водных растворах протона с образованием иона гидроксония H₃O⁺. Вакантность 1s-орбитали способствует образованию водородной связи.

Водород следует рассматривать как не имеющий полных аналогов химический элемент, поэтому его помещают либо в первую, либо в седьмую группу. К группе галогенов водород можно отнести из-за легкой замещаемости водорода галогенами в органических соединениях и способности к образованию аниона H^– (гидрид-иона).

Рисунок 8.2. Воздушные шары надувают гелием.

Соединения водорода с менее электроотрицательными элементами называют гидридами. Промежуточное значение ЭО (2,1) позволяет водороду образовывать химические соединения с различной степенью полярности химической связи, поэтому их классифицируют следующим образом: ионные (солеобразные) соединения (с s-элементами), ковалентно-полярные (с p-элементами), металлоподобные фазы внедрения (с переходными металлами) (табл. 8.1).

Переход от одного типа соединений к другому совершается постепенно. Так, гидриды меди и цинка занимают промежуточное положение между ионными и ковалентными, а гидриды серебра и золота сходны с гидридами переходных металлов.

Более подробно соединения с водородом будут расмотрены в обзорах соответствующих элементов.

Второй элемент первого периода – гелий – формально входит в VIIIА подгруппу. Гелий – типичный инертный элемент, его неспособность вступать в химическое взаимодействие с другими элементами предопределена устойчивостью его электронной конфигурации . К типично химическим соединениям можно отнести лишь молекулярный ион и гидрид гелия HeH с электронной формулой и кратностью связи 0,5.

8.1.2. Водородные соединения

Водородные соединения s-элементов MH и MH₂ называют солеподобными гидридами из-за их сходства с галогенидами. Они характеризуются ионным строением кристаллической решетки и высокими температурами плавления. Расплавы этих соединений – электролиты; при их электролизе водород выделяется на аноде (2H^– – 2e^– → H₂). При взаимодействии с водой реакция протекает по окислительно-восстановительному механизму практически необратимо:

Cтандартный потенциал системы B указывает на большую склонность иона H^– отдавать электрон, что делает гидриды хорошими восстановителями.

Все солеобразные гидриды обладают высокой реакционной способностью:

Гидриды бериллия и магния являются переходными между ионными и ковалентными и дают неорганические полимеры.