Гидрид-ион

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Гидрид-ион, отрицательно заряженный ион водорода, H^- — физическая система, состоящая из одного протона и двух электронов. Два электрона создают электронную оболочку гидрид-иона, электронная конфигурация которой 1s². Иначе говоря, ядро гидрид-иона окружает двухэлектронное облако с антипараллельными спинами электронов.^[1]

Рис.1.Деформационная поляризация атома водорода под действием приближающегося электрона и модель гидрид-иона H^-

Образование гидрид-иона описывается физической моделью ударной ионизации атома водорода электроном. Ионизация обусловлена захватом атомом водорода дополнительного электрона с образованием отрицательно заряженного иона водорода и высвобождением энергии:

H (г) + e → H^- (г), ΔH₂₉₈° = −66,9 кДж/моль

Электрон, обладая отрицательным элементарным электрическим зарядом (q = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл), создаёт электрическое поле с напряжённостью

E = q/R²

Напряжённость электрического поля на расстоянии R от заряда около 10 Å составляет десятки миллионов вольт на сантиметр^[2]. Это электрическое поле приводит к деформационной поляризации нейтрального атома водорода, попадающего в электрическое поле электрона. Центр электронной оболочки атома водорода смещается относительно ядра на некоторое расстояние L в противоположную сторону к приближающемуся электрону. Приближающийся электрон как бы вытесняет из атома водорода находящийся в нём электрон. Деформация приводит к появлению в атоме водорода наведённого дипольного момента μ.

μ = α_eE = Lq

Величина смещения центра электронной оболочки атома водорода L обратно пропорциональна квадрату расстояния атома водорода к приближающемуся электрону R

L = α_e/R²

Поскольку электронная поляризуемость атома водорода α_e = 0,66Å^[3], то L = 0,66/R² (рис.1).

Сближение атома водорода и электрона возможно до тех пор, пока центры областей плотностей вероятности нахождения обоих электронов не станут равноудалёнными от ядра объединённой системы — отрицательно заряженного иона водорода. Такое состояние системы имеет место при

r_e = L = R = ³√0,66 = 0,871 Å,

где r_e — орбитальный радиус двухэлектронной оболочки гидрид-иона H^-.

Ионные структуры, содержащие в своём составе гидрид-ион H^-, известны. Соединения этого типа образуются прямым взаимодействием наиболее активных металлов (Na, Ca и др.) с водородом при нагревании. По своему характеру они являются типичными солями. Все гидриды щелочных металлов (гидрид лития, гидрид натрия, гидрид калия, гидрид цезия) образуют кристаллическую структуру с кубической сингонией. Их расплавы высоко электропроводны, при электролизе расплавленных гидридов водород выделяется на аноде.

Гидрид-ион H^- является промежуточным звеном при гидрировании органических соединений по кратным связям, дегидрировании углеводородов, в реакциях Чичибабина, Соммле и др. Гидрид-ион H^- образуется также при бомбардировке молекул воды электронами^[4].

Гидрид-ион H^- является донором электронной пары в донорно-акцепторном механизме образования ковалентной химической связи, например

H⁺ + H^- → H₂ .

Присоединение гидрид-иона к молекуле BH₃ приводит к образованию сложного (комплексного) иона BH₄^- :

BH₃ + H^- → BH₄^-

См. также

• Реакция Чичибабина
• Реакция Соммле
• Нуклеофил
• Диборан
• Атом водорода
• Ионизация

Примечания

1. ↑ Ахметов Н. С. Неорганическая химия. — 2-е изд., перераб. и доп., с илл. — М.: «Высшая школа», 1975. — 672 с.
2. ↑ Некрасов Б. В. Курс общей химии. — М.: Госхимиздат, 1962. — 976 с.
3. ↑ Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.-Л.: Издательство химической литературы, 1962. — С. 385. — 1071 с.
4. ↑ Химический энциклопедический словарь / гл.редактор И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — С. 131. — 792 с.