하이드라이드는 수소 음이온인 H- 또는 더 일반적으로 하나 이상의 수소 중심이 핵친화성, 환원성 또는 염기성을 갖는 화합물입니다. 수소화물로 간주되는 화합물에서 수소 원자는 더 전기 양성인 원소 또는 그룹에 결합되어 있습니다. 그러나 기본 금속-수소 결합 극성으로 인해 수화물은 물과 격렬하게 반응하며 종종 돌이킬 수 없는 방식으로 반응합니다.
하이드라이드 카테고리
수화물에는 세 가지 기본 유형이 있는데, (i) 염수화물 또는 이온 수화물, (ii) 금속 수화물, (iii) 공유 수화물이며, 이는 관련된 화학 결합의 유형에 따라 구분할 수 있습니다. 네 번째 유형의 수화물인 이합체 수화물(예: 보란, BH3)도 구조에 따라 구분할 수 있습니다.
식염수 또는 이온성 수화물은 수소가 음전하를 띤 이온(즉, H-)으로 존재하는 것으로 정의됩니다. 식염수화물은 일반적으로 알칼리 금속과 알칼리 토금속의 수화물로 간주됩니다(베릴륨 하이드라이드, BeH2 및 수산화마그네슘, MgH2는 예외). 이러한 금속은 고온(30-700°C[570-1300°F])에서 수소와 직접 반응하여 일반적인 화학식 MH 및 MH2의 수화물을 생성합니다. 이러한 화합물은 순수할 때는 흰색 결정성 고체이지만 금속의 미량 불순물로 인해 보통 회색을 띕니다.
금속 수 소화물은 금속 또는 그 합금과 함께 수소 가스를 가열하여 형성됩니다. 가장 철저하게 연구된 화합물은 가장 전기 양성인 전이 금속(스칸듐, 티타늄, 바나듐 계열)의 화합물입니다. 예를 들어, 티타늄 계열의 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)은 수소를 흡수하고 열을 방출할 때 비화학량론적 수화물을 형성합니다. 이러한 수화물은 잘게 쪼개진 금속 자체와 유사한 화학적 반응성을 가지며, 상온에서는 공기 중에서 안정하지만 공기 중에서 가열하거나 산성 화합물과 함께 가열하면 반응합니다. 또한 회흑색의 고체로서 금속의 외관을 가지고 있습니다. 금속은 + 3 산화 상태로 보이며 결합은 주로 이온 결합입니다.
공유 수화물은 주로 수소와 비금속의 화합물로, 결합은 비슷한 전기 음성도를 가진 원자가 공유하는 전자 쌍으로 이루어집니다. 예를 들어, 대부분의 비금속 수화물은 휘발성 화합물로, 상대적으로 약한 반데르발스 분자 간 상호작용에 의해 응축된 상태로 서로 결합되어 있습니다. 공유 수화물은 수소 결합에 의해 특성이 변형되는 경우(예: 물)를 제외하고는 녹는점이 낮고 끓는점을 허용하는 액체 또는 기체입니다. 공유 수소화물은 주기율표(표 3.7)의 13족 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga)으로부터 형성될 수 있습니다. 붕소(BH4-)와 알루미늄(AlH4-)의 이온 수소 종은 수소화물 공급원으로 광범위하게 사용됩니다.
하이드라이드 응용 분야
* 보로하이드라이드 나트륨, 리튬 알루미늄 하이드라이드, 디이소부틸알루미늄 하이드라이드(DIBAL) 및 슈퍼 하이드라이드와 같은 하이드라이드는 일반적으로 화학 합성에서 환원제로 사용됩니다. 수화물은 일반적으로 불포화 탄소와 같은 친유전성 중심에 추가됩니다.
* 수산화나트륨 및 수산화칼륨과 같은 수화물은 유기 합성에서 강염기로 사용됩니다. 하이드라이드는 약한 브론스테드산과 반응하여 H2를 방출합니다.
* 수산화칼슘과 같은 수화물은 유기 용매에서 미량의 수분을 제거하기 위해 건조제, 즉 건조제로 사용됩니다. 수화물은 물과 반응하여 수소와 수산화염을 형성합니다. 그런 다음 건조 용매를 증류하거나 '용매 포트'에서 진공 이송할 수 있습니다.
* 수 소화물은 니켈-금속 수 소화물 배터리와 같은 축전지 기술에서 중요합니다. 연료 전지 구동 전기 자동차 및 기타 수소 경제의 수소 저장 수단으로 사용하기 위해 다양한 금속 수소화물이 검토되고 있습니다.
* 수 소화물 복합체는 다양한 동종 및 이종 촉매 사이클의 촉매 및 촉매 중간체입니다. 중요한 예로는 수소화, 하이드로포밀화, 하이드로실릴화, 수소탈황화 촉매 등이 있습니다. 특정 효소인 수소화 효소도 수화물 중간체를 통해 작동합니다. 에너지 운반체인 니코틴아마이드 아데닌 디뉴클레오타이드는 수소화물 공여체 또는 수소화물 등가물로서 반응합니다.
참고 문헌
제임스 G. 스피이트: 천연 수질 개선-화학과 기술. 2020, 91-129페이지
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydride
