Hidruros, Metálicos y No Metálicos

Hidruro es cualquier clase de compuestos químicos en los que el hidrógeno se combina con otro elemento. Existen tres tipos básicos de hidruros -salino (iónico), metálico o no metálico y covalente, los cuales pueden ser distinguidos en base al tipo de enlace químico involucrado.

¿Qué son los Hidruros?

En pocas palabras, un hidruro es el producto de la reacción del hidrógeno con cualquier otro elemento, excepto, por supuesto, los gases nobles. Así que los hidruros son compuestos en los que un átomo está enlazado con otro elemento más electropositivo. Un hidruro es un anión de hidrógeno (H-).

beneficios de los hidruros

La fórmula química general de un hidruro es MHx. Aquí M es el otro elemento con el que el hidrógeno hace un compuesto binario. Y la x denota el número de átomos de hidrógeno.

Hay tres tipos posibles de hidruros basados en su estructura y propiedades químicas. Estos son (iónico), metálico o no metálico y covalente, aunque, existe un cuarto tipo de hidruro, el hidruro dimérico (polimérico).

El aluminio y, posiblemente, el cobre y los hidruros de berilio son no conductores que existen en formas sólidas, líquidas o gaseosas. Todos son térmicamente inestables, y algunos explotan al entrar en contacto con el aire o la humedad.

Hidruros salinos

Estos son hidruros que se forman cuando el hidrógeno reacciona con los elementos s-Block. Estos son elementos que se encuentran en los Grupos 1 y 2. Estos metales alcalinos y metales alcalinotérreos son más electropositivos que el hidrógeno.

Las únicas dos excepciones son el hidruro de berilio y el hidruro de magnesio. Debido a la carga negativa del ión (H-) también se les conoce como hidruro iónico.

Algunos ejemplos son el hidruro de litio (LiH), el hidruro de sodio (NaH), etc. Veamos algunas de sus propiedades químicas

Propiedades de los Hidruros Salinos

  • Estos hidruros salinos están en forma sólida. En realidad son cristales y suelen tener un tono blanquecino.
  • El hidruro iónico tiene un punto de fusión y un punto de ebullición altos, como todos los compuestos metálicos.
  • Tienen alta densidad ya que son moléculas estables.
  • Conducen electricidad en estado fundido liberando una molécula diatómica de gas hidrógeno en el ánodo.
  • Esta es también una forma de confirmar la presencia de hidrógeno en el compuesto.

Echemos un vistazo a la reacción de la electrólisis de hidruro de calcio

  • CaH2 (fundido) → Ca2+ + 2H-
  • En el ánodo: 2H- → H2 + 2e-
  • En cátodo: Ca2+ + 2e- → Ca

Una propiedad química única de los hidruros salinos es que reaccionan muy vigorosamente con el agua y otros solventes como el etanol y el amoníaco.

En el proceso, liberan gas hidrógeno puro. Por esta razón, deben mantenerse en ambientes libres de humedad. Aquí hay una reacción de hidruro de sodio que reacciona con agua y amoníaco

  • NaH + H2O → NaOH + H2
  • NaH + NH3 → NaNH2 + H2

Caracteristicas de los Hidruros salinos (iónicos)

Los hidruros salinos o iónicos se definen por la presencia de hidrógeno como un ión cargado negativamente, H-. Los hidruros salinos se consideran generalmente los de los metales alcalinos y los metales alcalinotérreos (con la posible excepción del hidruro de berilio, BeH2, y el hidruro de magnesio, MgH2).

Estos metales entran en reacción directa con el hidrógeno a temperaturas elevadas (300-700 °C[570-1,300 °F]) para producir hidruros de las fórmulas generales MH y MH2.

Estos compuestos son sólidos cristalinos blancos cuando son puros, pero suelen ser grises, debido a las impurezas del metal.

Los estudios estructurales muestran que estos compuestos contienen un anión hidruro, H-, con un radio cristalográfico que depende de la identidad del metal pero intermedio al del ion fluoruro, F- (1.33 angstroms), y el ion cloruro, Cl- (1.84 angstroms).

Este radio es algo más pequeño que el radio calculado para el ión H libre de 2.08 angstroms. Este valor no se ha observado experimentalmente, lo que probablemente puede atribuirse a dos factores:

(1) la nube de electrones de H- es difusa y fácilmente comprimible.

(2) es probable que exista algún carácter covalente en el enlace metal-hidrógeno. El ión hidruro en los hidruros salinos es una base fuerte, y estos hidruros reaccionan instantánea y cuantitativamente con el ión hidrógeno (H+) del agua para producir gas hidrógeno y el ión hidróxido en solución.

H- + H2O → H2 + OH-

Debido a que los hidruros salinos reaccionan vigorosamente con el agua, emitiendo grandes volúmenes de hidrógeno gaseoso, esta propiedad los hace útiles como fuentes ligeras y portátiles de hidrógeno.

Los metales alcalinotérreos berilio y magnesio también forman hidruros estequiométricos MH2. Sin embargo, estos hidruros son más covalentes en la naturaleza.

Es difícil aislar el BeH2 puro, pero se cree que su estructura es polimérica con átomos de hidrógeno en puente. Otros ejemplos de hidruros salinos binarios incluyen el hidruro de sodio, NaH, y el hidruro de calcio, CaH2.

Ejemplos de hidruros salinos complejos incluyen el hidruro de aluminio y litio, LiAlH4, y el borohidruro de sodio, NaBH4, los cuales son químicos comerciales usados como agentes reductores (sustancias que proporcionan electrones en reacciones de oxidación-reducción).

Hidruros Metálicos

Los hidruros metálicos (antes llamados intersticiales) de aleación poseen algunas de las características de los metales, como el lustre y una fuerte conductividad eléctrica.

beneficios de los hidruros metalicos

¿Qué es un hidruro metálico?

Los hidruros metálicos son metales que se han unido al hidrógeno para formar un nuevo compuesto. Cualquier compuesto de hidrógeno que se enlaza a otro elemento metálico puede ser llamado efectivamente un hidruro metálico.

Generalmente, el enlace es de naturaleza covalente, pero algunos hidruros se forman a partir de enlaces iónicos. El hidrógeno tiene un número de oxidación de -1. El metal absorbe el gas, que forma el hidruro.

Caracteristicas de los Hidruros Metálicos

Los metales de transición y los metales de transición internos forman una gran variedad de compuestos con hidrógeno, que van desde compuestos estequiométricos hasta sistemas no estequiométricos extremadamente complicados.

(Los compuestos estequiométricos tienen una composición definida, mientras que los compuestos no estequiométricos tienen una composición variable.)

Sin embargo, tienden a tener propiedades físicas variables, siendo algunas más frágiles y otras más duras que los metales de los que están hechas. Estos compuestos se consideran de naturaleza intermedia entre las sales y las aleaciones.

Los hidruros metálicos consisten esencialmente en protones (iones de hidrógeno positivos, H+) y átomos metálicos en un mar de electrones. El brillo y la conductividad eléctrica se atribuyen a la relativa libertad de movimiento de los electrones en el hidruro.

Los hidruros metálicos se forman calentando gas hidrógeno con los metales o sus aleaciones. Los compuestos más estudiados son los de los metales de transición más electropositivos (las familias del escandio, titanio y vanadio).

Por ejemplo, en la familia del titanio, el titanio (Ti), el circonio (Zr) y el hafnio (Hf) forman hidruros no estequiométricos cuando absorben hidrógeno y liberan calor.

Estos hidruros tienen una reactividad química similar a la del propio metal finamente dividido, siendo estables en el aire a temperatura ambiente pero reactivos cuando se calientan en el aire o con compuestos ácidos.

También tienen la apariencia del metal, ya que son sólidos de color negro grisáceo. El metal parece estar en un estado de oxidación de +3, y la unión es predominantemente iónica.

stos hidruros se utilizan como agentes reductores en algunos procesos (por ejemplo, metalurgia). Los metales de transición internos (los lantanoides y actinoides) también forman hidruros no estequiométricos.

Por ejemplo, el lantano (La) reacciona con el gas hidrógeno a una presión atmosférica con poco o ningún calentamiento para producir un sólido negro que se inflama en el aire y reacciona vigorosamente con el agua.

El hidruro de uranio (UH3) es el hidruro más importante de los metales actínidos. Este polvo negro pirofórico se prepara por reacción con hidrógeno a 300 °C (570 °F).

2U + 3H2 → 2UH3

Este compuesto es útil químicamente para la preparación de compuestos de uranio.

Propiedades de los Hidruros Metálicos

  • Se encuentran en estado sólido.
  • Tienen los tonos oscuros de los metales
  • De nuevo, como todos los compuestos metálicos, son buenos conductores de electricidad ya que tienen una alta capacidad térmica.
  • Pueden descomponerse en metal y gas hidrógeno, pero esta reacción es fácilmente reversible.

Ejemplos de hidruros metálicos

Los ejemplos más comunes de hidruros metálicos incluyen aluminio, boro, borohidruro de litio y varias sales.

Por ejemplo, los hidruros de aluminio incluyen el hidruro de aluminio de sodio. Hay varios tipos de hidruros. Esto incluye aluminio, berilio, cadmio, cesio, calcio, cobre, hierro, litio, magnesio, níquel, paladio, plutonio, rubidio potásico, sodio, talio, titanio, uranio y zinc.

También hay muchos hidruros metálicos más complejos adecuados para diversos usos. Estos complejos hidruros metálicos son a menudo solubles en disolventes etéreos.

Clases de hidruros metálicos

Hay cuatro clases de hidruros metálicos. El hidruro más común es el que se forma con el hidrógeno, denominado hidruro metálico binario.

Sólo hay dos compuestos: hidrógeno y metal. Estos hidruros son generalmente insolubles, siendo conductivos.

Otros tipos de hidruros metálicos son menos comunes o conocidos, incluyendo los hidruros metálicos ternarios, los complejos de coordinación y los hidruros de racimo.

Formulación de hidruros metálicos

Los hidruros metálicos se forman por medio de una de cuatro síntesis. La primera es la transferencia de hidruros, que son reacciones de metátesis. Luego están las reacciones de eliminación, que incluyen la eliminación del beta-hidruro y del alfa-hidruro.

La tercera son las adiciones oxidativas, que es generalmente la transición del dihidrógeno a un centro metálico de bajo valor. El cuarto es la división heterolítica del dihidrógeno, esto sucede cuando se forman hidruros cuando los complejos metálicos son tratados con hidrógeno en presencia de una base.

Hay una variedad de complejos, incluyendo las cabalgatas en heno a base de Mg, conocidas por su capacidad de almacenamiento y su estabilidad térmica. La prueba de estos compuestos a alta presión ha abierto los hidruros a nuevos usos. La alta presión evita la descomposición térmica.

En cuanto a los hidruros puente, los hidruros metálicos con hidruros terminales son normales, siendo la mayoría oligoméricos.

La hidridía térmica clásica implica la unión de metal e hidrógeno. Mientras tanto, el ligando de puente es el ligando clásico que usa hidrógeno para unir dos metales.

Luego está el puente del complejo de dihidrógeno que no es clásico. Esto sucede cuando el bi-hidrógeno se une a un metal.

El número de hidrógeno debe coincidir con el número de oxidación del metal. Por ejemplo, el símbolo del hidruro de calcio es CaH2, pero para el estaño es SnH4.

Usos de los hidruros metálicos

Los hidruros metálicos se utilizan a menudo en aplicaciones de pilas de combustible que utilizan hidrógeno como combustible. Los hidruros de níquel se encuentran a menudo en varios tipos de baterías, particularmente en las baterías de NiMH.

Las baterías de hidruro metálico de níquel dependen de hidruros de compuestos intermetálicos de tierras raras, como el lantano o el neodimio enlazados con cobalto o manganeso.

Los hidruros de litio y el borohidruro de sodio sirven como agentes reductores en aplicaciones químicas. La mayoría de los hidruros se comportan como agentes reductores en las reacciones químicas.

Más allá de las celdas de combustible, los hidruros metálicos se utilizan para el almacenamiento de hidrógeno y las capacidades de los compresores. Los hidruros metálicos también se utilizan para el almacenamiento de calor, las bombas de calor y la separación de isótopos.

Los usos incluyen sensores, activadores, purificación, bombas de calor, almacenamiento térmico y refrigeración.

Hidruros no Metalicos

Hidruros no metálicos están formados por la combinación de un elemento no metálico con el elemento hidrógeno.

Para su nombramiento, primero se procede con el elemento no metálico, con la terminación  uro seguido de la palabra de hidrógeno.

beneficios de los hidruros no metalicos

Tipos de Hidruros no Metálicos

Hidruros no metálicos, como el borohidruro de sodio, el hidruro de aluminio y litio, el hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL) y el súper hidruro, se utilizan comúnmente como agentes reductores en la síntesis química.

El hidruro se añade a un centro electrofílico, típicamente carbono insaturado, para obtener hidruros no metálicos, como el hidruro de sodio y el hidruro de potasio se utilizan como bases fuertes en la síntesis orgánica.

El hidruro reacciona con el débil ácido Bronsted para conseguir compuestos que se utilizan como desecantes, es decir, agentes secantes, para eliminar trazas de agua de los disolventes orgánicos.

El hidruro reacciona con el agua formando hidrógeno y sal de hidróxido. Los hidruros no metálicos son importantes en las tecnologías de baterías de almacenamiento, como las baterías de níquel e hidruro metálico.

Varios hidruros metálicos han sido examinados para su uso como medio de almacenamiento de hidrógeno para coches eléctricos alimentados por pilas de combustible y otros aspectos de la economía del hidrógeno.

Algunos ejemplos importantes son la hidrogenación, la hidroforilación, la hidrosililación y los catalizadores de hidrodesulfuración. Incluso ciertas enzimas, la hidrogenasa, operan a través de intermediarios de hidruro.

El portador de energía nicotinamida adenina dinucleótido reacciona como donante de hidruro o equivalente de hidruro.

Ejemplos de hidruros no metalicos

Ejemplos de hidruro no metálic

  1. CH3 – Metano
  2. HCl
  3. HF
  4. NH3
  5. HBr
  6. HAt
  7. SeH2
  8. TeH2
  9. THs
  10. LvH2

Hidruros covalentes

Los hidruros covalentes son principalmente compuestos de hidrógeno y no metales, en los que los enlaces son evidentemente pares de electrones compartidos por átomos de electronegatividades comparables.

Los hidruros covalentes pueden formarse a partir de boro (B), aluminio (Al) y galio (Ga) del grupo 13 en la tabla periódica. El boro forma una extensa serie de hidruros.

Los compuestos de hidrógeno neutro de aluminio y galio son especies elusivas, aunque AlH3 y Ga2H6 han sido detectados y caracterizados hasta cierto punto. Las especies de hidrógeno iónico tanto de boro (BH4-) como de aluminio (AlH4-) son ampliamente utilizadas como fuentes de hidruros.

¿Qué son los Hidruros covalentes?

Los hidruros covalentes son líquidos o gases que tienen bajos puntos de fusión y de ebullición, excepto en aquellos casos (como el agua) en los que sus propiedades se modifican por enlace de hidrógeno. Por ejemplo, aunque volátil, NH3, H2O y HF se mantienen juntos en estado líquido principalmente por enlace de hidrógeno.

Por ejemplo, la mayoría de los hidruros no metálicos son compuestos volátiles, mantenidos juntos en el estado condensado por interacciones intermoleculares van der Waals relativamente débiles (ver enlace químico).

Los hidruros covalentes son líquidos o gases que tienen bajos puntos de fusión y de ebullición, excepto en aquellos casos (como el agua) en los que sus propiedades se modifican por enlace de hidrógeno. Por ejemplo, aunque volátil, NH3, H2O y HF se mantienen juntos en estado líquido principalmente por enlace de hidrógeno.

Los hidruros covalentes son principalmente compuestos de hidrógeno y no metales, en los que los enlaces son evidentemente pares de electrones compartidos por átomos de electronegatividades comparables.

Por ejemplo, la mayoría de los hidruros no metálicos son compuestos volátiles, mantenidos juntos en el estado condensado por interacciones intermoleculares van der Waals relativamente débiles (ver enlace químico).

¿Dónde se encuentran los Hidruros covalentes?

Cuando la tabla periódica es atravesada del grupo 13 al grupo 17, los compuestos de hidrógeno de los no metales se vuelven más ácidos y menos hidrídicos en la naturaleza. Es decir, cada vez son menos capaces de donar H- y más propensos a donar H+.

En el grupo 14, el carbono forma la clase más extensa de compuestos de hidrógeno de cualquier elemento de la tabla periódica. Todos los otros elementos del grupo 14 forman hidruros que no son ni buenos donantes de H+ ni buenos donantes de H-.

Esto también es cierto para los hidruros del grupo 15. En el grupo 16 todos los elementos forman dihidruros. Los compuestos de hidrógeno formados con los elementos que siguen al oxígeno (H2S, H2Se y H2Te) son todos gases volátiles y tóxicos con olores repulsivos.

¿Cómo se preparan los Hidruros covalentes?

Se preparan fácilmente añadiendo ácido diluido al correspondiente sulfuro metálico, seleniuro y telururo. Todos estos dihidruros del grupo 16 actúan como ácidos débiles en el agua, y la acidez aumenta al descender de la familia.

Características de los hidruros covalentes

La capacidad del hidruro para donar un ión hidrógeno puede correlacionarse directamente con la disminución de la fuerza de unión del enlace elemento-hidrógeno. Es decir, a medida que la fuerza de adhesión disminuye en la familia, la acidez aumenta.

Por la misma razón, la reactividad química general de los hidruros no metálicos también aumenta con el aumento del número atómico de los no metálicos.

Cada uno de los halógenos forma un compuesto binario con hidrógeno, HX. A temperatura y presión ambiente, estos compuestos son gases, siendo el fluoruro de hidrógeno el que tiene el punto de ebullición más alto debido a la unión intermolecular del hidrógeno.

Como se encuentra en el grupo 16, los halogenuros de hidrógeno son donantes de protones en solución acuosa. Sin embargo, estos compuestos son, como clase, ácidos mucho más fuertes. La fuerza de acidez de los compuestos HX aumenta en el grupo, siendo HF un ácido muy débil y HI el donante de protones más fuerte.

Con la excepción del HF, todos los halogenuros de hidrógeno se disuelven en agua para formar ácidos fuertes. La diferencia en la capacidad de donación de protones de HF y los otros compuestos de HX se debe a una variedad de factores, entre ellos la fuerte unión que se forma entre el hidrógeno y el flúor.

Dos aniones hidrídicos del grupo 13 son agentes reductores bien conocidos. El anión tetrahidridoborato (comúnmente llamado borohidruro), BH4-, el anión tetrahidridoaluminato, AlH4-, y sus derivados son algunos de los agentes reductores más utilizados en química.

Los cationes más comúnmente empleados son Na+ para BH4- (para formar NaBH4) y Li+ para AlH4- (LiAlH4). Ambos compuestos tienen usos específicos tanto en reacciones de reducción orgánicas como inorgánicas. El hidruro de galio y litio, LiGaH4, también puede utilizarse como agente reductor.

Cuando son puros, todos estos compuestos son sólidos cristalinos blancos, y su estabilidad térmica y química es tal que los de los compuestos de boro son mayores que los de los compuestos de aluminio, que a su vez son mayores que los de los compuestos de galio.

Propiedades de los Hidruros covalentes

  • Son hidruros que se forman cuando el hidrógeno reacciona con los elementos p-block. Estos son elementos altamente electronegativos, mucho más que el hidrógeno.
  • Los átomos de hidrógeno forman un enlace covalente con estos átomos p-bloqueadores.
  • La fórmula química general para los hidruros covalentes es XH(8-n), donde «n» es el número de electrones que el elemento tiene en su capa más externa.
  • Algunos ejemplos de hidruros covalentes o moleculares son HCl, HFl, H2O, NH3, etc. Veamos algunas características químicas
  • Estos hidruros consisten en moléculas covalentes individuales. Estos enlaces covalentes son débiles y tienen una fuerza interparticular débil.
  • Los hidruros moleculares debido a su débil unión covalente tienen puntos de fusión y de ebullición muy bajos.
  • Como la mayoría de los compuestos no metálicos, los hidruros covalentes son malos conductores de electricidad.
  • Pueden estar en estado líquido si sus propiedades se adaptan debido al enlace de hidrógeno.
  • Como en el caso del agua, existe un enlace de hidrógeno que altera ligeramente las propiedades químicas de estos compuestos.
  • A medida que nos movemos a través de la tabla periódica, los compuestos de hidrógeno con estos no metales se vuelven más ácidos.
  • El hidrógeno forma el mayor número de hidruros con carbono.

Todos estos son hidruros covalentes, formados por la unión covalente entre el hidrógeno y el carbono.

  • H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)
  • 3H2(g)+N2(g)→2NH3(g)

Puedes consultar información sobre el resto de Compuestos en esta web, te dejamos los enlaces abajo:

Cloruro de Magnesio otros usos   Cloruro de Sodio dosis peligrosa   Hidruro de Calcio usos

Hidruros, Metálicos y No Metálicos
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