Hidruros: definición, tipos, usos, ejemplos

Cualquier grupo de compuestos químicos en los que el hidrógeno se une a otro elemento se denomina hidruro. Según el tipo de conexión química involucrada, se pueden distinguir tres tipos fundamentales de hidruros: salinos (iónicos), metálicos y covalentes. Sobre la base de la estructura, se puede reconocer la cuarta forma de hidruro, hidruro dimérico (polimérico) (ver borano). Los no conductores como los hidruros de aluminio, cobre y berilio se presentan en forma sólida, líquida y gaseosa. Todos ellos son térmicamente inestables y algunos explotarán si entran en contacto con el aire o la humedad.

¿Qué son los hidruros?

Hidruro es el nombre formal del anión de hidrógeno, H ^– . La frase se usa en un sentido amplio. En un extremo, cualquier compuesto que contenga átomos de H unidos covalentemente se denomina hidruro: el agua es un hidruro de oxígeno, el amoníaco es un hidruro de nitrógeno, etc. 

Los hidruros son moléculas e iones que tienen hidrógeno unido covalentemente a un elemento menos electronegativo. En tales circunstancias, el núcleo de H posee una propiedad nucleófila, a diferencia de la naturaleza prótica de los ácidos. El anión hidruro es extremadamente raro.

Los enlaces del hidrógeno con los otros elementos varían de extremadamente a ligeramente covalentes. Algunos hidruros, como los hidruros de boro, desafían los principios estándar de conteo de electrones y sus enlaces se explican en términos de enlaces multicéntricos, mientras que los hidruros intersticiales suelen implicar enlaces metálicos. Los hidruros pueden adoptar la forma de moléculas individuales, oligómeros o polímeros, sólidos iónicos, monocapas quimisorbidas, metales a granel (intersticiales) u otros materiales. Si bien la mayoría de los hidruros responden como bases de Lewis o agentes reductores, algunos hidruros metálicos funcionan como donantes de átomos de hidrógeno y, por lo tanto, como ácidos.

Tipos de hidruros

Los hidruros se clasifican en tres categorías o grupos. Las categorías están determinadas por los elementos con los que el hidrógeno forma enlaces, o simplemente por enlace químico. Los hidruros iónicos, covalentes y metálicos son los tres tipos de hidruros.

Hidruros Iónicos o Salinos

Cuando una molécula de hidrógeno se combina con componentes de bloque S altamente electropositivos, producen (metales alcalinos y metales alcalinotérreos). 

Los hidruros iónicos son cristalinos, no conductores y no volátiles en forma sólida. Sin embargo, conducen la electricidad cuando son líquidos. Cuando se electrolizan los hidruros iónicos, se libera gas hidrógeno en el áNode. Debido a que los hidruros salinos o iónicos no se disuelven en los solventes comunes, generalmente se usan como bases o reactivos reductores en la síntesis química. 

NIH es un ejemplo.

Cuando son puros, estos compuestos son sólidos cristalinos blancos; sin embargo, con frecuencia son grises debido a las trazas de impurezas metálicas. Según investigaciones estructurales, estos compuestos contienen un anión hidruro, H- ^, con un radio cristalográfico que varía según la identidad del metal, pero es intermedio al del ion fluoruro, ^F- . Debido a que los hidruros salinos reaccionan vigorosamente con el agua, emitiendo cantidades considerables de hidrógeno gaseoso, son útiles como fuentes de hidrógeno ligeras y portátiles.

El berilio y el magnesio, ambos metales alcalinotérreos, también pueden crear hidruros estequiométricos de MH _{2 .} Estos hidruros, por otro lado, son de carácter más covalente. Aunque el BeH ₂ puro es difícil de aislar, se considera que su estructura es polimérica con átomos de hidrógeno puente. El hidruro de sodio, NaH, y el hidruro de calcio, CaH ₂ , son otros dos ejemplos de hidruros salinos binarios. El hidruro de litio y aluminio, LiAlH ₄ , y el borohidruro de sodio, NaBH ₄ , son compuestos comerciales utilizados como agentes reductores y son ejemplos de hidruros salinos complejos (sustancias que proporcionan electrones en reacciones de oxidación-reducción).

hidruros covalentes

El silano se crea cuando el hidrógeno se combina con otros elementos electronegativos relacionados, como el Si, el C, etc. CH ₄ y NH ₃ son dos de los ejemplos más comunes. Los hidruros covalentes son compuestos generados cuando el hidrógeno reacciona con los no metales en general. Los productos químicos comparten un enlace covalente y pueden ser volátiles o no volátiles. Los hidruros covalentes son tanto líquidos como gases.

La mayoría de los hidruros no metálicos son compuestos volátiles con interacciones intermoleculares débiles de van der Waals que los mantienen unidos en forma condensada. A menos que sus propiedades se ajusten mediante enlaces de hidrógeno, los hidruros covalentes son líquidos o gases con puntos de fusión y ebullición bajos (como en el agua). Los hidruros covalentes se pueden formar a partir de los elementos periódicos boro (B), aluminio (Al) y galio (Ga). El boro sufre una compleja sucesión de hidruros.

A medida que la tabla periódica se mueve del grupo 13 al grupo 17, los compuestos de hidrógeno no metálicos se vuelven más ácidos y menos hídricos por naturaleza. Es decir, a medida que envejecen, se vuelven menos capaces de proporcionar H ^y son más propensos a contribuir con H ⁺ . El carbono tiene la clase más completa de compuestos de hidrógeno de cualquier elemento en la tabla periódica en el grupo 14. Todos los demás elementos en el grupo 14 forman hidruros que no son ni buenos donantes de H + ni buenos donantes ^de H + ^.

Cada halógeno crea un compuesto binario, HX, con hidrógeno. A temperatura y presión ambiente, estos compuestos son gases, y el fluoruro de hidrógeno tiene el punto de ebullición más alto debido a los enlaces de hidrógeno intermoleculares. Los haluros de hidrógeno, como el grupo 16, son donantes de protones en una solución acuosa. Sin embargo, como clase, estas moléculas son ácidos mucho más fuertes. La fuerza ácida de los compuestos HX aumenta a medida que se desciende en el grupo, siendo el HF el ácido más débil y el HI el donante de protones más poderoso. Todos los haluros de hidrógeno, a excepción del HF, se disuelven en agua para generar ácidos potentes. La diferencia en la capacidad de donación de protones entre el HF y los otros compuestos HX se atribuye a una serie de variables, una de las cuales es el fuerte enlace formado entre el hidrógeno y el flúor.

Hidruros Metálicos

Un hidruro metálico es un compuesto de hidrógeno que reacciona con otro elemento metálico para formar un enlace. El enlace es generalmente covalente, sin embargo, también se pueden producir hidruros usando enlaces iónicos. Estos son típicamente generados por metales de transición y no son estequiométricos, duros y tienen puntos de fusión y ebullición altos.

Las aleaciones metálicas como los hidruros tienen algunas propiedades similares a las de los metales, como brillo y alta conductividad eléctrica. Tienen diferentes cualidades físicas, siendo algunas más frágiles y otras más duras que los metales de los que se crean. En la naturaleza, tales sustancias se consideran intermedias entre las sales y las aleaciones. Los hidruros metálicos se componen principalmente de protones (iones de hidrógeno positivos) y átomos metálicos que flotan en un mar de electrones. El brillo y la conductividad eléctrica del hidruro están relacionados con la relativa libertad de movilidad de los electrones.

Los hidruros metálicos se crean combinando hidrógeno gaseoso con metales o aleaciones metálicas. Los compuestos que contienen la mayor cantidad de metales de transición electropositivos han recibido la mayor atención (las familias de escandio, titanio y vanadio). El titanio, el circonio y el hafnio, por ejemplo, generan hidruros no estequiométricos cuando absorben hidrógeno y liberan calor. Estos hidruros tienen la misma reactividad química que el metal finamente dividido, permaneciendo estables a temperatura ambiente pero volviéndose reactivos cuando se calientan en el aire o con productos químicos ácidos. También tienen la apariencia de metal, siendo sólidos de color negro grisáceo. El metal parece estar en un estado de oxidación +3, con enlaces principalmente iónicos. En algunos procesos, como la metalurgia, estos hidruros se utilizan como agentes reductores.

La estructura también se puede utilizar para identificar una cuarta forma de hidruro, hidruro dimérico (polimérico). Los hidruros de aluminio y quizás de cobre y berilio son no conductores sólidos, líquidos o gaseosos. Todos ellos son térmicamente inestables y algunos explotan al entrar en contacto con el aire o la humedad.

Usos de hidruros

• En la síntesis química, los hidruros como el borohidruro de sodio, DIBAL y superhidruro se utilizan a menudo como agentes reductores. El hidruro reacciona con un núcleo electrofílico, que suele ser carbono insaturado.
• En síntesis orgánica, los hidruros como el hidruro de sodio y el hidruro de potasio se utilizan como bases fuertes. Cuando el hidruro se combina con el ácido débil de Bronsted, produce H ₂ .
• Los desecantes, o agentes secantes, como el hidruro de calcio, se utilizan para eliminar las trazas de agua de los disolventes orgánicos. Cuando el hidruro se combina con agua, produce hidrógeno y sal de hidrrust. A continuación, el disolvente seco se puede transferir al vacío o destilar del recipiente de disolvente.
• Los hidruros juegan un papel vital en las tecnologías de baterías de almacenamiento como la batería de hidruro de níquel-metal. Se han investigado varios hidruros metálicos para su uso como almacenamiento de hidrógeno para vehículos eléctricos alimentados por celdas de combustible y otros componentes de una economía de hidrógeno.
• Los complejos de hidruro actúan como catalizadores e intermediarios en una amplia gama de ciclos catalíticos homogéneos y heterogéneos. Los catalizadores para hidrogenación, hidroformilación, hidrosililación e hidrodesulfuración son todos ejemplos importantes.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué es un hidruro?

Responder:

Los hidruros son moléculas e iones que tienen hidrógeno unido covalentemente a un elemento menos electronegativo.

Pregunta 2: ¿Cuál es el cuarto tipo de hidruro?

Responder:

Sobre la base de la estructura, se identifica una cuarta forma de hidruro, hidruro dimérico. Los hidruros de aluminio y quizás de cobre y berilio son no conductores sólidos, líquidos o gaseosos. Todos ellos son térmicamente inestables y algunos explotan al entrar en contacto con el aire o la humedad.

Pregunta 3: ¿Cuál es la naturaleza de la mayoría de los hidruros no metálicos?

Responder:

La mayoría de los hidruros no metálicos son compuestos volátiles con interacciones intermoleculares débiles de van der Waals que los mantienen unidos en forma condensada. A menos que sus características cambien por enlaces de hidrógeno, los hidruros covalentes son líquidos o gases con puntos de fusión y ebullición bajos.

Pregunta 4: ¿Cómo se forman los hidruros salinos?

Responder:

Cuando una molécula de hidrógeno reacciona con elementos de bloque S altamente electropositivos, se forman.

Pregunta 5: ¿Cuáles son algunas propiedades de los hidruros metálicos?

Responder:

Los hidruros metálicos similares a aleaciones tienen algunas propiedades similares a las de los metales, como brillo y alta conductividad eléctrica. Sin embargo, tienen una amplia gama de propiedades físicas, siendo algunas más frágiles que los metales de los que están hechos y otras más duras. En la naturaleza, estos compuestos se consideran intermedios entre las sales y las aleaciones.