Најважније из лекције
Подела према вези: Јонски (метали 1. и 2. групе, садрже \(\text{H}^-\)), ковалентни (неметали и металоиди \(p\)-блока) и метални хидриди (\(d\)- и \(f\)-блок).
Реакција јонских хидрида с водом: \(\text{MH}_x + x\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{M(OH)}_x + x\text{H}_2\uparrow\) (реакцијом настају база и водоник).
Тренд у периоди (од 13. до 17. групе): Базност опада, а киселост расте:
Неутрални (\(\text{CH}_4, \text{SiH}_4\)) \(\rightarrow\) Базни (\(\text{NH}_3, \text{PH}_3\)) \(\rightarrow\) Амфотерни (\(\text{H}_2\text{O}\)) \(\rightarrow\) Кисели (\(\text{H}_2\text{S}, \text{HCl}, \text{HBr}\)).
Реакција јонских хидрида с водом: \(\text{MH}_x + x\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{M(OH)}_x + x\text{H}_2\uparrow\) (реакцијом настају база и водоник).
Тренд у периоди (од 13. до 17. групе): Базност опада, а киселост расте:
Неутрални (\(\text{CH}_4, \text{SiH}_4\)) \(\rightarrow\) Базни (\(\text{NH}_3, \text{PH}_3\)) \(\rightarrow\) Амфотерни (\(\text{H}_2\text{O}\)) \(\rightarrow\) Кисели (\(\text{H}_2\text{S}, \text{HCl}, \text{HBr}\)).
Хидриди су бинарна једињења водоника са другим хемијским елементима. Према природи хемијске везе деле се на:
- Јонски хидриди: Граде их изразити метали 1. и 2. групе Периодног система елемената (изузеци су \(\text{BeH}_2\) и \(\text{MgH}_2\)).
- Ковалентни хидриди: Граде их претежно елементи \(p\)-блока (неметали и металоиди од 13. до 17. групе).
- Метални хидриди: Граде их прелазни метали \(d\)- и \(f\)-блока. Често немају сталан стехиометријски састав и по особинама подсећају на легуре.
Којој групи хидрида према типу хемијске везе припадају \(\text{KH}\), \(\text{NH}_3\) и \(\text{TiH}_{1{,}7}\)?
\(\text{KH}\) је јонски хидрид (метал 1. групе), \(\text{NH}_3\) је ковалентни хидрид (неметал \(p\)-блока), а \(\text{TiH}_{1{,}7}\) је метални хидрид (прелазни метал \(d\)-блока несталног састава).
У јонским хидридима водоник се налази у облику хидридног јона (\(\text{H}^-\)) са оксидационим бројем \(-1\). Због тога ови хидриди испољавају изразита базна и редукциона својства.
Реакцијом јонских хидрида са водом настају одговарајући хидроксид метала и гасовити водоник:
\[ \text{Li}\overset{-1}{\text{H}} + \overset{+1}{\text{H}_2}\text{O} \longrightarrow \text{LiOH} + \overset{0}{\text{H}_2}\uparrow \]
\[ \text{Ca}\overset{-1}{\text{H}_2} + 2\overset{+1}{\text{H}_2}\text{O} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2 + 2\overset{0}{\text{H}_2}\uparrow \]
Реакција литијум-хидрида (\(\text{LiH}\)) и калцијум-хидрида (\(\text{CaH}_2\)) са водом одвија се веома брзо и квантитативно, па се ови хидриди користе као поуздан извор водоника за подизање терета (балона) на бродовима.
Одреди оксидационе бројеве свих атома у реакцији натријум-хидрида са водом:
\[ \text{NaH} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{NaOH} + \text{H}_2 \]
У \(\text{NaH}\): \(\text{Na}^{+1}\), \(\text{H}^{-1}\).
У \(\text{H}_2\text{O}\): \(\text{H}^{+1}\), \(\text{O}^{-2}\).
У \(\text{NaOH}\): \(\text{Na}^{+1}\), \(\text{O}^{-2}\), \(\text{H}^{+1}\).
У \(\text{H}_2\): \(\text{H}^{0}\).
У \(\text{H}_2\text{O}\): \(\text{H}^{+1}\), \(\text{O}^{-2}\).
У \(\text{NaOH}\): \(\text{Na}^{+1}\), \(\text{O}^{-2}\), \(\text{H}^{+1}\).
У \(\text{H}_2\): \(\text{H}^{0}\).
Идући с лева на десно у периоди (од 13. до 17. групе), расте електронегативност централног атома и поларност ковалентне везе са водоником. Киселинско-базна својства се мењају тако што опада базни, а расте кисели карактер хидрида.
| Карактер | Група | Примери хидрида | Понашање и узрок |
|---|---|---|---|
| Неутрални | 13. и 14. | \(\text{B}_2\text{H}_6\) (диборан), \(\text{CH}_4\) (метан), \(\text{SiH}_4\) (силан) | Не реагују са водом, киселинама нити базама. |
| Базни | 15. | \(\text{NH}_3\) (амонијак), \(\text{PH}_3\) (фосфин) | Имају слободан електронски пар на централном атому; понашају се као акцептори протона (\(\text{H}^+\)). |
| Амфотерни | 16. | \(\text{H}_2\text{O}\) (вода) | Може и да прими и да отпусти протон (понаша се и као киселина и као база). |
| Кисели | 16. и 17. | \(\text{H}_2\text{S}\), \(\text{HF}\), \(\text{HCl}\), \(\text{HBr}\), \(\text{HI}\) | Лако отпуштају протон молекулу воде; понашају се као донори протона (\(\text{H}^+\)). |
Поређај следеће хидриде према растућој киселости: \(\text{CH}_4\), \(\text{HCl}\), \(\text{NH}_3\), \(\text{H}_2\text{S}\).
\(\text{NH}_3\) (базан) < \(\text{CH}_4\) (неутралан) < \(\text{H}_2\text{S}\) (слабо кисео) < \(\text{HCl}\) (изразито кисео).
Водени раствори ковалентних хидрида задржавају киселинско-базна својства чистих хидрида услед преноса протона са или на молекул воде.
Протолитичка дисоцијација базних и киселих хидрида:
\[ \underset{\text{база}}{\text{NH}_3} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \quad (\text{базна реакција}) \]
\[ \underset{\text{киселина}}{\text{HCl}} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^- \quad (\text{кисела реакција}) \]
\[ \underset{\text{киселина}}{\text{H}_2\text{S}} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{HS}^- \quad (\text{кисела реакција}) \]
Дејство на индикаторе: Киселинско-базни индикатор метил-оранж у воденом раствору амонијака поприма жуту боју (базна средина, вишак \(\text{OH}^-\) јона), док у раствору хлороводоника поприма црвену боју (кисела средина, вишак \(\text{H}_3\text{O}^+\) јона).
Зашто се амонијак у води понаша као Бренстедова база?
Зато што атом азота у молекулу \(\text{NH}_3\) поседује слободан електронски пар помоћу којег везује протон (\(\text{H}^+\)) из молекула воде, чиме делује као акцептор протона.
Задаци за вежбање
Лак: Која група у Периодном систему елемената гради изразито базне јонске хидриде, а која група гради изразито киселе хидриде?
Изразито базне јонске хидриде граде алкални метали (1. група) и земноалкални метали (2. група). Изразито киселе ковалентне хидриде граде халогени елементи (17. група).
Средњи: Напиши једначину хемијске реакције калијум-хидрида са водом. Објасни зашто је добијени раствор базан и који се гас ослобађа.
Једначина реакције:
\[ \text{KH} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{KOH} + \text{H}_2\uparrow \]
Раствор показује базну реакцију због настанка јаке базе – калијум-хидроксида (\(\text{KOH}\)), а из реакционе смеше ослобађа се гасовити водоник (\(\text{H}_2\)).
Тежак: За хидриде елемената 3. периоде: \(\text{NaH}\), \(\text{MgH}_2\), \(\text{SiH}_4\), \(\text{PH}_3\), \(\text{H}_2\text{S}\) и \(\text{HCl}\):
а) Одреди тип хемијске везе за сваки хидрид.
б) Опиши промену киселинско-базних својстава дуж ове серије једињења.
а) Одреди тип хемијске везе за сваки хидрид.
б) Опиши промену киселинско-базних својстава дуж ове серије једињења.
а) Тип везе:
\(\text{NaH}\) је изразито базан хидрид. Идући с лева на десно: \(\text{SiH}_4\) је неутралан хидрид, \(\text{PH}_3\) показује слаба базна својства (акцептор протона), \(\text{H}_2\text{S}\) је слаба киселина, док је \(\text{HCl}\) врло јака киселина (изразит донор протона). Дакле, базни карактер опада, а кисели карактер расте.
- \(\text{NaH}\) – јонска веза
- \(\text{MgH}_2\) – веза са претежно јонским карактером / изузетак међу земноалкалним хидридима
- \(\text{SiH}_4, \text{PH}_3, \text{H}_2\text{S}, \text{HCl}\) – поларне ковалентне везе
\(\text{NaH}\) је изразито базан хидрид. Идући с лева на десно: \(\text{SiH}_4\) је неутралан хидрид, \(\text{PH}_3\) показује слаба базна својства (акцептор протона), \(\text{H}_2\text{S}\) је слаба киселина, док је \(\text{HCl}\) врло јака киселина (изразит донор протона). Дакле, базни карактер опада, а кисели карактер расте.
